碳化硅功率器件在恶劣环境中的应用优势!-国晶微半导体

碳化硅肖特基功率器件选型工程师
2021-06-29

  碳化硅具有高载流子饱和速度和高导热系数的特点。应用开关频率可达1MHz,在高频应用中具有明显优势。碳化硅肖特基二极管(sicjbs)的耐压可达6000V以上。


  相应地,硅材料的带隙较低,硅器件的本征载流子浓度在低温下较高,高漏电流会引起热击穿,限制了器件在高温环境和高功耗条件下的工作。


  1.SiC肖特基二极管的结构与特性!


  采用SiC肖特基二极管代替快速PN结的FRD,可以显著降低恢复损耗,有利于开关电源高频化,减小电感、变压器等无源器件的体积,实现开关电源小型化,降低产品噪声。


  2.SiC肖特基二极管的正向特性


  SiC肖特基二极管的导通电压低于硅快恢复二极管。如果要降低VF值,则需要降低肖特基势垒的高度,但当器件反向偏置时,这会增加漏电流。


  SiC肖特基二极管的温度特性不同于硅快恢复二极管。当温度升高时,传导阻抗增大,VF值也随之升高。这样,装置不易发热失控,更适合并联运行。


  3.SiC肖特基二极管的恢复特性!

碳化硅肖特基二极管厂家-国晶微半导体

  硅快恢复二极管存在反向漏电流大、反向恢复时间长的问题。当二极管从正向导通状态切换到反向截止状态时,瞬时产生反向瞬态冲击电流,器件从正向电压导通状态切换到反向电压截止偏置状态。器件的正向电流和温度越高,恢复时间和恢复电流越大,损耗越大。


  碳化硅肖特基二极管是一种最载流子导电器件(单极性器件),它不会产生少数载流子存储现象,不会产生过大的正向和反向开关瞬态冲击电流,只有结电容放电的小电流,因此,碳化硅肖特基二极管的开关损耗低于硅快恢复二极管。采用SiC肖特基二极管可以降低器件的损耗,快速稳定地实现器件的正、负开关,提高产品的效率,降低产品的噪声,同时易于改善EMI。


  以下测试结果基于碳化硅肖特基二极管b1d20065k(650V/20a),电流特性(5a、10a、15a)


  作为第三代半导体材料,碳化硅(SiC)与硅(Si)相比,介电击穿强度更大、饱和电子漂移速度更快且热导率更高。因此,当用于半导体器件中时,碳化硅器件拥有高耐压、高速开关、低导通电阻、高效率等特性,有助于降低能耗和缩小系统尺寸。


  碳化硅可以广泛应用于电动汽车、逆变器、轨道交通、太阳能、风力发电、消费类电源等领域。近年来,随着USB PD快充技术的普及和氮化镓技术的成熟,大功率快充电源市场逐渐兴起,碳化硅二极管也开始在消费类电源市场中崭露头角,进入了多款百瓦级大功率快充供应链,助力快充电源实现更高的效率和更小的体积。


  在大功率快充电源产品中,碳化硅二极管主要用于PFC级的升压整流,搭配氮化镓功率器件,可以将PFC级的工作频率从传统快充的不足100KHz提升到300KHz,由此减小升压电感体积,实现高功率密度的设计,同时也让电源的效率得到了大幅提升。

碳化硅器件的应用领域-国晶微半导体

  无锡国晶微半导体技术有限公司是宽禁带第三代半导体碳化硅SiC功率器件、氮化镓GaN光电器件以及常规集成电路研发及产业化的高科技创新型企业,从事碳化硅场效应管,碳化硅肖特基二极管、GaN光电光耦继电器、单片机集成电路等产品芯片设计、生产与销售并提供相关产品整体方案设计配套服务,总部位于江苏省无锡市高新技术开发区内,并在杭州、深圳和香港设有研发中心和销售服务支持中心及办事处。


  公司具有国内领先的研发实力,专注于为客户提供高效能、低功耗、低阻值、品质稳定的碳化硅高低功率器件及光电集成电路产品,同时提供一站式的应用解决方案和现场技术支持服务,使客户的系统性能优异、灵活可靠,并具有成本竞争力。


  公司的碳化硅功率器件涵盖650V/2A-100A,1200V/2A-90A,1700V/5A-80A等系列,产品已经投入批量生产,产品完全可以对标国际品牌同行的先进品质及水平。先后推出全电流电压等级碳化硅肖特基二极管、通过工业级、车规级可靠性测试的碳化硅MOSFET系列产品,性能达到国际先进水平,应用于太阳能逆变电源、新能源电动汽车及充电桩、智能电网、高频电焊、轨道交通、工业控制特种电源、国防军工等领域。由于其具有高速开关和低导通电阻的特性,即使在高温条件下也能体现优异的电气特性,大幅降低开关损耗,使元器件更小型化及轻量化,效能更高效,提高系统整体可靠性,可使电动汽车在续航里程提升10%,整车重量降低5%左右,并实现设计用充电桩的高温环境下安全、稳定运行。


  特别在高低压光耦半导体技术方面更是拥有业内领先的研发团队。在国内创先设计开发了28nm光敏光栅开关PVG芯片技术,并成功量产应用于60V、400V、600V高低压、低内阻、低电容的光电耦合继电器芯片、涵盖1500kVrms SOP超小封装及3750kVrms隔离增强型常规SMD、DIP等不同封装,单路、双路、混合双路、常开常闭等电路产品,另包括200V SOI MOS/LIGBT集成芯片、100V CMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit单片机等集成电路产品,均获得市场及各重点科研单位、检测机构的新产品认定。


  公司核心研发团队中大部分工程师拥有硕士及以上学位,并有多名博士主持项目的开发。公司建立了科技创新和知识产权管理的规范体系,在电路设计、半导体器件及工艺设计、可靠性设计、器件模型提取等方面积累了众多核心技术,拥有多项国际、国内自主发明专利。


  “国之重器,从晶出发,自强自主,成就百年”是国晶微半导体的企业目标,我们为员工提供精彩的发展空间,为客户提供精良的产品服务,我们真诚期待与您携手共赢未来。


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