電力電子器件的發(fā)展歷史大概能夠分作三個大階段:硅晶閘管(可控硅)、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)和剛顯露頭角的碳化硅(SiC)系列大功率半導體器件。碳化硅是屬于第三代半導體材料,和普通的硅材料比起來,碳化硅的優(yōu)勢特別突出,它不但克服了普通硅材料的部分缺點,在功耗上也有特別好的表現(xiàn),所以變成了電力電子領域目前最具前景的半導體材料。正因為這樣,現(xiàn)在已經(jīng)有愈來愈多的半導體企業(yè)開始進入SiC市場。
1. 耐壓高:臨界擊穿電場高達2MV/cm(4H-SiC),所以具備更高的耐壓能力(10倍于Si)。
2. 散熱容易:因為SiC材料的熱導率較高(是Si的三倍),散熱更加容易,器件能夠工作在更高的環(huán)境溫度下。理論上,SiC功率器件是能夠在175℃結溫下工作,所以散熱器的體積能夠明顯減小。
3. 導通損耗和開關損耗低:SiC材料具備兩倍于Si的電子飽和速度,這讓SiC 器件具備特別低的導通電阻(1/100 于Si),導通損耗低;SiC 材料擁有3倍于Si 的禁帶寬度,泄漏電流比Si 器件降低了幾個數(shù)量級,以此能夠減少功率器件的功率損耗;關斷過程中不會有電流拖尾現(xiàn)象,開關損耗低,能夠在很大程度上提升實際應用的開關頻率(10 倍于Si)。
能夠減小功率模塊的體積:因為器件電流密度高(如Infineon 產品能夠達700A/cm2),在一樣功率的等級下,全SiC 功率模塊(SiC MOSFETsSiC SBD)的封裝尺寸很明顯小于Si IGBT 功率模塊。