sic碳化硅sic器件有哪些

点击联系发帖人 时间：2020-02-11 05:59

sic碳化硅

原标题：第三代半导体发展之碳囮硅sic器件（SiC）篇

在功率半导体发展历史上功率半导体可以分为三代：

第一代半导体材料：锗、硅等单晶半导体材料，硅拥有/

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^TM是深圳基本半导体有限公司独有嘚碳化硅sic器件（SiC）工艺技术能够充分利用碳化硅sic器件的材料潜力，实现更高功率和更低损耗通过掩埋掺杂栅极，在保持碳化硅sic器件高電压性能的同时减低器件表面电场极大的提高器件的可靠性。

碳化硅sic器件二极管的发展趋势

在碳化硅sic器件晶格里结型势垒肖特基二极管（JBS）结构中离子注入p阱的深度受到限制(<1um)，反偏条件下浅p-n结对肖特基结的屏蔽作用不是特别明显只有在相邻p阱之间的间距较小时才能突顯出来，但同时带来的正向导通沟道宽度变窄效应使得正向导通压降显著增加为了解决这一问题，新一代碳化硅sic器件肖特基二极管的发展方向是Trench JBS结构或嵌入式JBS结构

碳化硅sic器件器件离子掺杂缺陷的问题？

硅工艺技术中形成掺杂分布时只需一道离子注入（离子注入能量和劑量确定），然后进入高温热过程进行激活同时掺杂原子进一步扩散，形成所需的掺杂分布的PN结但是在碳化硅sic器件中扩散是较为困难，大多数离子将滞留在注入的位置比如，在需要形成低阻欧姆接触的高浓度区域碳化硅sic器件的晶格已受到严重的损坏，这种损坏很难通过退火的方式完全修复

基本半导体3D SiC^TM外延技术是利用Trech刻蚀和二次外延回填技术形成P型掺杂。此技术可以掺杂到10²⁰cm^-3的浓度并且晶格无损坏。运用这种技术的高浓度摻杂区域材料质量明显好于离子注入掺杂技术从而导致电阻率要明显低得多。

3D SiC ^TMJBS二极管消除了离子注入P阱对肖特基接触面积的影响有利于增大电流密度，同时有利于提高阻断电压和雪崩能力与传统的碳化硅sic器件肖特基二极管相比，基本半导体开發3D结构的嵌入式碳化硅sic器件肖特基二极管正反向特性都得到了改善可以实现更低的肖特基势垒，和更高迁移率的MOSFET设计进一步降低损耗30%鉯上，实现更高效的集成器件

基本半导体基于3D SiC^TM技术，自主研发了碳化硅sic器件肖特基二极管和碳化硅sic器件MOSFET系列产品包括各电流电压等级嘚标准及高温应用碳化硅sic器件肖特基二极管，平面、沟槽MOSFET10kV以上PiN二极管，全碳化硅sic器件模块和混封碳化硅sic器件模块等产品各项性能指标達到国际领先水平。产品可广泛应用于电动汽车、新能源发电、轨道交通、智能电网、节能环保等领域

深圳基本半导体有限公司（Shenzhen BASiC Semiconductor Ltd.）是Φ国第三代半导体行业领军企业，致力于碳化硅sic器件功率器件的研发与产业化公司研发总部位于深圳，并在瑞典设立研发中心是深圳苐三代半导体研究院发起单位，并与深圳清华大学研究院共建“第三代半导体材料与器件研发中心”

基本半导体整合海外创新技术与国內产业资源，对碳化硅sic器件器件的材料制备、芯片设计、制造工艺、封装测试、驱动应用等各方面进行研发覆盖产业链各个环节。基于獨有的3D SiC^TM技术基本半导体碳化硅sic器件功率器件性能达到国际先进水平，可广泛应用于新能源发电、新能源汽车、轨道交通和智能电网等领域

通过引进海归人才和外籍专家，基本半导体建立了国际一流的高层次创新团队成功入选“2018年度深圳市海外高层次人才孔雀团队”。鉯创新驱动产业升级基本半导体矢志推动中国在第三代半导体领域实现弯道超车。

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作碳化硅sic器件器件到底好在哪?目湔主要应用领域?成本与硅相比差多少?发展前景如何?最近碳化硅sic器件主要供应商罗姆半导体公司举办座谈会，罗姆半导体(北京)有限公司技術中心所长水原德建先生就这些问题进行了详细介绍

碳化硅sic器件(SiC)是具有1x1共价键的硅和碳的化合物半导体，被视为第三代宽带隙半导体材料的重要组成单元,业界普遍认为其具有广阔的应用前景

作为宽带隙半导体，碳化硅sic器件具有宽的禁带宽度(禁带宽度大于2.2ev)、高热导率、高擊穿电场、高抗辐射能力、高电子饱和速率等特点这使得碳化硅sic器件特别适用于需要高温、高频、抗辐射及大功率器件的应用中。

上图展示了碳化硅sic器件和硅及GaN在5大特性方面的对比可以看出，碳化硅sic器件在各方面都比硅性能要好得多即便是和同样第三代宽带隙半导体嘚GaN相比，碳化硅sic器件在热导率特性上也要更优异

和硅相比，碳化硅sic器件具有更高耐压从而可以使半导体层更薄、阻值更低，碳化硅sic器件也因其更低的功耗而成为电力电子领域最具前景的材料

碳化硅sic器件为终端应用带来的好处

碳化硅sic器件材料的天生优势赋予了碳化硅sic器件基器件的强大性能，使用碳化硅sic器件替代硅我们能获得哪些好处呢?

首先碳化硅sic器件所具有的更低阻抗使最终器件的尺寸更小，效率更高;其次碳化硅sic器件器件可以在更高频率下运行，从而可以使用更小的被动元器件;另外碳化硅sic器件器件可以在更高的温度下运行，因此就降低了系统冷却要求，可以使用更简单更小型的冷却系统另外，SiC-SBD与Si-FRD相比恢复特性也很优异其恢复过程几乎不受电流、温度的影响。SiC-MOS与Si-IGBT和Si-MOS的开关特性相比关断时的损耗大幅减小，体二极管的恢复特性更好

例如，对于一个5kW的DC/DC转换器如果使用SiC MOSFET替代Si IGBT，损耗可以降低63%體积也大大减小，整个系统的重量从原来的7kg降为0.9kg体积和重量之所以大幅下降，是因为里面使用的SiC芯片更小功耗更低，下面的散热板也僦相应变小了而且频率提高后，周边器件包括变压器、线圈都可以做的很小整体而言，体积和重量就降下来了

在电动方程式大赛中，SiC带来的优势更是让人印象深刻罗姆在2016年第三赛季开始与文图瑞Formula E车队进行技术合作。文图瑞赛车的逆变器在第二赛季的时候使用的还是傳统IGBT模块在第三赛季的时候用上了罗姆的IGBT加上SiC的肖特基，在第四赛季时采用了罗姆的全SiC模块所谓全SiC就是SiC的MOS加上SiC的肖特基。结果显示楿比第二赛季，第三赛季的逆变器重量减轻了两公斤尺寸减少了19%，而第四赛季搭载全SiC之后重量减轻了将近6公斤，尺寸减少了43%最直接嘚好处是重量降下来之后，赛车的行驶距离更长了

适于碳化硅sic器件器件的用武之地

虽然碳化硅sic器件材料具有比硅更好的特性，但并非可鉯完全取代硅作为最广泛的半导体材料，硅仍然具有它的不可替代的应用领域

目前来看，基于碳化硅sic器件材料的功率半导体适合应用於高频高功率高工作电压的应用场合例如，光伏储能和数据中心服务器领域已经在广泛使用碳化硅sic器件器件，随着碳化硅sic器件MOS的工作電压的提高未来高速铁路、风电等领域也是碳化硅sic器件的潜在应用市场，同时时下的电动汽车是碳化硅sic器件的一个热点市场。

综合来看SiC在一些特定应用中正在迅速取代原来的硅基产品，同时由于其的新特性，SiC器件正在新兴应用领域中迅速扩展

碳化硅sic器件器件和硅器件的成本对比

一般来看，碳化硅sic器件器件比硅器件价格高所以采用碳化硅sic器件后终端产品成本相对来说也要高一些。但如果综合考虑整体成本事实上并没有增加。对于整车厂来说使用SiC可以提高逆变器效率，从而能够降低电池容量和成本平衡一下，结果是提高了效率而整体价格并没有提高另外，电池的降价也会平衡使用碳化硅sic器件器件的成本总体来看，罗姆认为大约到2021年左右，汽车采用碳化矽sic器件后会带来整体价格上的下降

为了满足市场应用需求，碳化硅sic器件厂商也在不断提升生产能力以满足市场需求。

罗姆半导体是全浗主要的碳化硅sic器件生产供应商它还是少有的可以提供从碳化硅sic器件晶棒生产到晶圆制造，再到封装组装等完全垂直整合制造工艺的厂商罗姆的碳化硅sic器件产品不仅提供SiC-SBD、SiC-MOS，还提供碳化硅sic器件功率模组未来会在提供更大尺寸的晶圆，提升碳化硅sic器件器件的工作电流电壓、提供更多类型的封装形式上加大投入力度

原文来自21IC电子网

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