如何提高碳化硅半导体的能源效率？
碳化硅二极管主要是肖特基二极管。当肖特基二极管处于非偏置状态时，自由电荷将从n型半导体移动到金属，从而产生势垒。在对SystemPlusConsulting电力电子和化合物半导体团队成员AmineAllouche在采访中，大家重点介绍了SiC二极管的一些特点。
必须进一步优化持续的能源效率：这促进了工业市场寻找不同的资源。
目前，半导体主要由硅和锗制成。(SiC)由于其具有较低的损耗和较高的开关速度，已成为解决新型宽带缝隙的主要资源。
碳化硅提供了比硅更高的效率水平，这主要是由于动能损失和反向充电的显著降低。这导致在开关阶段需要更多的开关功率和更少的动能。较低的热损失也可以去除制冷系统，从而减少空间、净重和基础设施成本。随着物联网和人工智能应用的不断部署和向云的转移，能源密集型得到改善IT基础设施的管理效益将变得更加关键。
碳化硅比纯硅具有更宽的带宽，这使得该技术即使在高温下也使用。
宽带隙参数
宽带间隙半导体的带间隙大于硅或砷化镓(GaAs)普通半导体要宽得多。这自然会转化为更大的穿透电场，并转化为在高温下工作的可能性，在不失去电气特性的情况下降低辐射敏感性。
随着温度的升高，电子在价带中的热能也会增加，直到达到必要的能量(在一定温度下)才能跳到导带上。在硅的情况下，温度约为150°C；然而，在WBG在半导体的情况下，这些值要高得多。
高穿透电场提供更高的击穿场强度。当穿透体二极管损坏时，电压为值，增加的电流在源极和泄漏极之间流动。PN结二极管的击穿场强度与穿透电场正相关，与材料的浓度成反比。
高电场给低得多的漂移区带来了极好的混合水平和电阻。漂移区域的总宽度与穿透电场的强度成反比。
另一个关键参数是漂移区域的导通电阻。分析前面的PN以二极管为例，我们可以看到导通电阻与单极元件的穿透电场成反比。
较薄的半导体层涉及较低密度的少量电荷载流子，这是定义反向恢复电流的关键参数。事实上，在其他相同特性的情况下，具有较大芯片以适用于较高电流的部件将具有较大的电荷，这将在传输和屏障之间经历暂态，因此它们将具有较大的反向恢复电流。半导体切换到高频的能力与其饱和漂移率正相关：碳化硅和氮化镓的漂移率是硅的两倍。因此，后者可以在更高的频率下安全工作。此外，更高的饱和漂移率相当于更快地去除电荷；这导致恢复时间更短，反向恢复电流更低。
在高温和更宽的带间隙下工作的可能性也取决于材料的传热性能。评估热阻的方法有很多：可以分析外壳或环境之间的热阻。
在没有连接外部散热器的情况下，结与环境之间的热阻是一个有用的参数，例如在你想要不同包装的热性能的情况下。
材料可以通过将质量因数与导电电阻和栅极输入电荷成正比的方法进行比较。这些参数决定了开关损耗和开关损耗，并相互关联；一般来说，电荷值较低的部件会有稍强的导电电阻。
碳化硅二极管
碳化硅二极管主要是肖特基二极管。经典的基于硅的硅二极管PN结。在肖特基二极管中，金属被导体取代金属，产生金属-半导体(ms)结或肖特基势垒。这带来了低开关压降、高开关速度和低噪音。肖特基二极管用于控制电路中电流的流动方向，使其仅从阳极流向负极。当肖特基二极管处于非偏置状态时，自由电荷将从n型半导体移动到金属，从而产生势垒。在正偏置条件下，如果电压超过0.2V，电子可以跨越势垒。
碳化硅二极管的泄漏电流远低于普通二极管。作为一个普通的二极管。WBG在半导体中，碳化硅的泄漏电流要低得多，可以与硅混合得更高。此外，由于碳化硅的带间隙较宽，碳化硅二极管的正电压高于硅二极管。
在对SystemPlusConsulting电力电子和化合物半导体团队成员AmineAllouche在采访中，大家重点介绍了SiC二极管的一些特点。
与普通的PiN与二极管不同，肖特基二极管没有修复电流，因为它们是带有大多数电载流子的单极部件。然而，它们确实显示了一些由包装和电路的寄生能力和电感引起的恢复效用。SiC二极管的关键应用应该在电源电路中，尤其是CCM(连续传输方式)PFC(功率因数校正)电路。(SiC)使二极管具有更高的故障电压和更高的电流体积，从而在工业充电中找到空间。
“依据YoleDéveloppement数据，2019年功率SiC裸二极管芯市场价值1.6亿美元。这包括各种市场细分，如车辆、能源、工业等……实际上，SiC二极管主要用于高压(车辆、光伏、电机控制)……）使用高压(智能能源(……）。在汽车应用中，SiC设备，特别是SiC二极管目前用于车载充电器(OBC)，”AmineAllouche说。
与全部SiC芯片一样，AmineAllouche强调，SiC二极管面临的关键挑战可分为三个层次：
材料:碳化硅晶圆的生产成本较高(例如，与硅晶圆相比)。商业晶圆规格仍然有限(最多6英尺)，而硅晶圆目前正在过渡到12英尺。
大造可靠设备所需的优质晶体供应商数量有限。我们的报告强调了这一点，我们比较了以下内容SiC原始二极管制造商/销售商SiC圆晶成本：英飞凌，Wolfspeed，罗姆，意法半导体，安森美半导体，美高森美和UnitedSiC。
设备级别:设备稳定性面临一些关键工艺流程的挑战，比如SiC外延，SiC混合（必须是高温），SiC刻蚀……与更成熟的硅技术相比，制造产量仍有待提高。
我们的报告详细介绍了晶体前面的延伸率和制造率SiC影响二极管产品成本。
系统级：封装SiC二极管的另一个挑战。需要开发的封装解决方案可以充分受益SiC技术优势。我们的报告详细介绍了市场上可用的SiC从包装类型、AO8830芯片连接到导线键合，二极管相关的不同包装水平。
SiC二极管可以组装成立包，用作混合模块中含有硅基晶体管的反向连接二极管，或用作含有立包的二极管SiC晶体管的全SiC模块中的反并联二极管。
“在我们的报告中，我们重点介绍了制造商芯片补丁的选择等。我们分析了7家制造商中的11家SiC在二极管中，我们观察到五种类型的芯片连接。锡基粘附是最常见的。然而，企业使用特定类型的高性能芯片连接，但这将损害制造成本，”AmineAllouche说。
碳化硅的高传热允许更好的排热，提供比硅更小的尺寸。这样可以降低成本，减少包装。
碳化硅肖特基二极管的恢复时间和电修复电荷较浅；关键和有趣的是，恢复时间和电流与温度和电流瞬态无关，这与硅二极管不同。硅二极管的恢复时间和电流随温度的增加而增加。
SiC二极管是逆变器的绝佳替代品：简单地用作二极管和硅IGBT反向连接和放置可以减少损耗。在典型的油电混合电动汽车中(HEV)在中间，用碳化硅零件代替硅零件可以使牵引效率提高10%以上。这导致散热器的体积减少到1/3。
