Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния

Карбид кремния (SiC) - наиболее перспективный материал экстремальной и силовой электроники. Возможно, скоро он заменит кремний в этих областях.

Карбид кремния относительно "молодой" материал для электроники - первый MOSFET из 3C-SiC был разработан в 1986 году, из 6H-SiC - в 1997. В продажу SiC приборы начали поступать в 2010-х годах.

Карбид-кремниевые приборы обладают рядом преимуществ перед кремниевыми: у них большая ширина запрещенной зоны, высокая термическая, химическая и радиационная стойкость, их параметры стабильны в широком интервале температур.

Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния

Малое удельное сопротивление, малый ток утечки, малое время восстановления и высокая теплопроводность позволяют значительно уменьшить потери, увеличить частоту преобразования и уменьшить габариты преобразователей.

Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния

Все эти особенности делают карбид-кремниевые приборы идеальными для использования в силовых преобразователях.

В настоящее время производятся диоды Шоттки, мощные выпрямительные диоды, тиристоры, биполярные и полевые транзисторы, светодиоды.

Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния

Из интереса решила сравнить соотношение цен транзисторов, подобрав в агрегаторе Mouser близкие по характеристикам элементы.

1) Силовые полумосты: SiC MOSFET (MSCSM120AM042CT6LIAG) vs IGBT (FF225R12ME4PBPSA1)

Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния

Как видно, пока что SiC MOSFET почти на порядок дороже IGBT со сходными характеристиками, но прогресс не стоит на месте, и возможно, вскоре они станут дешевле.

Потом решила сравнить именно мосфеты...

Обратите внимание: MIT: ядерная энергия является неотъемлемой частью будущего энергетики с низким содержанием углерода.

Посмотрим:

2) Транзисторы: SiC MOSFET (C3M0350120J) vs Si MOSFET (APT7M120B)

Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния

А вот более слаботочном применении карбид кремния рвет кремний по всем фронтам :)

И, напоследок, о различиях между политипами 4H-Si и 6H-Si.

У них отличается число атомов водорода в кристаллических решетках. С картинкой из Вики все становится совсем понятно:

Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния
Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния

Политип 6H обладает выраженной анизотропией подвижности носителей заряда вдоль кристаллографических осей. Или, более человеческим языком: у него разная проводимость в разных "направлениях" его кристаллической решетки. Это ограничивает его применение в силовых приборах с вертикальным дизайном.

У политипа 4H анизотропия незначительна, да и в целом подвижность носителей заряда повыше, поэтому его чаще используют в электронике.

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния.