SiC功率芯片及SiC功率模块的产品化开发动向_邓隐北.pdf

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1、元器件ElementsSiC功率芯片及SiC功率模块的产品化开发动向DevelopmentTrendoftheTransitionofSiCPowerICandSiCPowerModule1211邓隐北，郭学梅，张子亮，史谦东1.河南亮明电控设备有限公司；2.新乡学院1211DengYinbei,GuoXuemei,ZhangZiliang,ShiQiandong1.HenanLiangmingElectricControlEquipmentCo.,Ltd2.XinxiangUniversity摘要：

2、SiC以其具有高绝缘击穿电场强度的特性，非常适宜于功率半导体器件应用。本文系统阐述了SiC功率芯片及SiC功率模块的产品化开发动向。关键词：功率芯片SiC高绝缘击穿电场强度Abstract:SiCisadaptabletotheapplicationofpowersemiconductordevicesduetoitsfeatureofhigh-dielectricbreakdownstrength.Thispaperintroducesthedevelopmenttrendofthetransiti

3、onofSiCpowerICandSiCpowermodule.Keywords:PowerIC,SiC,High-dielectricbreakdownstrength［中图分类号］TN303［文献标识码］A文章编号：1561-0349（2015）09-0038-051前言2SiC功率模块的产品领域针对今天的地球环境与能源紧缺问题，在供电方面，增SiC与Si器件结构相同，基于工作原理对SiC功率器件强了利用可再生能源的意识；另一方面，为实现电力消费时的的设计是可能的。与GaN(氮化镓)和金刚石（di

4、amond）等其它宽禁带（隙）半导体材料比较，在制造上和操作上，SiC节能，对利用电力电子（PE）器件的期待愈益迫切，预计未和Si的匹配性高。从功率器件的元件耐压观点看，SiC对比来将推动电力电子市场的不断扩大。对用于机器控制的功率Si，具有绝缘击穿电场强度约高10倍、带隙约大3倍这一适器件而言，必须经常持续追求器件的高性能化，从而达到低合功率器件应用的物理性质，故认为有更高耐压程度的应用损耗化。目前采用Si功率器件，尤其是IGBT，随着时代的更范围。图1所示为PE产品实际使用电压与产品容量（功率）新

5、应力求提高性能，以支撑着今天我们生活和工业上的需求。的关系。但是，在产品设计阶段，对器件性能改善的要求越来越严格，应在Si的成熟技术基础上进行跳跃式的技术提升，以便成功实现更进一步高性能的穿越（breakthrough）。SiC电力电子器件的重要优势，在于具有更高的击穿电场强度，其最高温度已达600℃等。由于这一半导体器件的高耐压、低损耗、可高频高温操作的优越特性，突破了硅基功率半导体器件电压、温度所导致的局限性。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC电力电子器件都将陆续被开发。本文阐述

6、了SiC功率芯片及SiC功率模块的产品化开发动向。图1实际使用电压与产品容量的关系38

7、TheWorldofPowerSupplySept2015元器件Elements从家用电器等面向民生的低耐压器件（器件耐和线性度好等特点，是目前发展较快的SiC器件，并率先实压~600V），混合式电动汽车（HEV）和工业用途的现了商业化。与MOSFET相比，JFET器件不存在栅氧层缺陷1200V~1700V中耐压品种，然后到铁路及输配电系统的高耐造成的可靠性和载流子迁移率过低的限制，同时，单极性工作压、超高耐压品种

8、（数kV~数10kV），SiC是未来可宽范特性使其保持了良好的高频工作能力。另外，JFET器件具有围复盖应用的材料。在这方面很多的研究成果已经报导，而更佳的高温工作稳定性和可靠性。SiC-JFET器件栅极的结型且一部分低/中耐压产品中，已开始进入了实用化。对于从结构，使得通常JFET的阈值电压大多为负，即常通型（normanly数10V~100V左右的Si基产品应用来说，难于达到按成本和on）器件，这对于电力电子的应用极为不利，无法与目前通性能平衡的优越性，因而未积极的进行产品开发。作为1kV用的驱动

9、电路兼容。美国Semisouth公司和Rutgers大学通过左右的开关器件，因采用比Si-IGBT导通损耗更低的单极性引入沟槽注入式工艺，已开发正常断开工作状态的增强型器（unipolar）器件SiC-MOSFET，故由于高速通断导致的开关件。不过，常通型JFET更易实现高的功率密度和电流能力。损耗降低，低负荷时的导通损耗也可降低。而且，尤其对于SiC器件基本上是参照Si的工艺方法，并利用Si的加Si，现实中没有超过10kV的芯片，但对于SiC就能予以实