ROHM丨SiC功率器件及模块应用笔记

　　SiC半导体

　　· SiC材料的物性和特征

　　SiC(碳化硅)是一种由硅(Si)和碳(C)构成的化合物半导体材料。表1-1列出了各种半导体材料的电气特征，SiC的优点不仅在于其绝缘击穿场强(Breakdown Field)是Si的10倍，带隙(Energy Gap)是Si的3倍，而且在器件制造时可以在较宽的范围内实现必要的P型、N型控制，所以被认为是一种超越Si极限的用于制造功率器件的材料。SiC存在各种多型体(结晶多系)，它们的物性值也各不相同。最适合于制造功率器件的是4H-SiC，现在4inch～6inch的单晶晶圆已经实现了量产。

　　SiC功率器件的特征

　　SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍，因此与Si器件相比，能够以更高的掺杂浓度并且膜厚更薄的漂移层制作出600V～数千V的高压功率器件。高压功率器件的电阻成分主要由该漂移层的电阻所组成，因此使用SiC材料可以实现单位面积导通电阻非常低的高压器件。

　　理论上当耐压相等时，SiC在单位面积下的漂移层电阻可以降低到Si的1/300。对于Si材料来说，为了改善由于器件高压化所带来的导通电阻增大的问题，主要使用例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅极双极型晶体管)等少数载流子器件(双极型器件)，但是却存在开关损耗较大的问题，其结果是所产生的发热问题限制了IGBT的高频驱动应用。SiC材料能够以具有快速器件结构特征的多数载流子器件(肖特基势垒二极管和MOSFET)实现高压化，因此可以同时实现“高耐压”、“低导通电阻”、“高频”这三个特性。

　　另外，SiC的带隙较宽、大约是Si的3倍，因此能够实现在高温条件下也可以稳定工作的功率器件(目前由于受到封装的耐热可靠性的制约，只保证到150℃～175℃，但是随着封装技术的发展，将来也可能达到200℃以上的保证温度)。

　　SiC SBD的特征

　　· 器件结构和特征

　　SiC能够以具有快速器件结构特征的肖特基势垒二极管(SBD)结构，制作出1200V以上的高耐压二极管(Si SBD的最高耐压为200V左右)。

　　因此，如图2-1所示，通过将现在主流使用的快速PN结二极管(FRD：快速恢复二极管)替换为SiC SBD，能够大幅减小反向恢复损耗。有助于实现电源的高效化，并且通过高频驱动实现电感等被动器件的小型化，同时降低噪声水平。以功率因数校正电路(PFC电路)和二次侧整流电路为中心，目前广泛应用于电动汽车充电器、光伏发电系统中的功率调节器、服务器电源、空调等多个领域。

　　目前，ROHM SiC SBD的主要产品线包括650V、1200V、1700V耐压的产品。