Карбид кремния (SiC) представляет собой один из наиболее перспективных материалов для экстремальной и силовой электроники. Благодаря своим уникальным свойствам, он имеет все шансы в ближайшем будущем заменить традиционный кремний в высоковольтных и высокотемпературных приложениях.
История и развитие технологии
Несмотря на то, что карбид кремния считается относительно молодым материалом в электронике, его история насчитывает несколько десятилетий. Первый MOSFET на основе политипа 3C-SiC был создан в 1986 году, а на основе 6H-SiC — в 1997. Однако коммерческое распространение SiC-приборов началось лишь в 2010-х годах, что свидетельствует о сложности освоения этой технологии.
Ключевые преимущества SiC
Приборы на основе карбида кремния обладают целым рядом существенных преимуществ по сравнению с кремниевыми аналогами. К ним относятся:
- Большая ширина запрещенной зоны, что позволяет работать при более высоких температурах и напряжениях.
- Высокая термическая, химическая и радиационная стойкость.
- Стабильность параметров в широком диапазоне температур.
Кроме того, малое удельное сопротивление, низкий ток утечки, короткое время восстановления и отличная теплопроводность позволяют значительно снизить энергетические потери, повысить частоту преобразования и уменьшить габариты силовых преобразователей.
Все эти характеристики делают SiC-приборы идеальным выбором для современных силовых преобразователей, где важны эффективность и компактность.
Типы приборов и рыночное сравнение
На сегодняшний день на основе карбида кремния производятся различные электронные компоненты: диоды Шоттки, мощные выпрямительные диоды, тиристоры, биполярные и полевые транзисторы, а также светодиоды.
Любопытно сравнить стоимость решений на основе разных технологий. Для примера возьмем силовые полумосты: SiC MOSFET (MSCSM120AM042CT6LIAG) против IGBT (FF225R12ME4PBPSA1).
Как видно из сравнения, SiC MOSFET в настоящее время почти на порядок дороже IGBT с аналогичными характеристиками. Однако технологический прогресс не стоит на месте, и есть все основания полагать, что со временем стоимость SiC-компонентов будет снижаться.
Сравнение транзисторов также показательно: SiC MOSFET (C3M0350120J) против Si MOSFET (APT7M120B).
В слаботочных применениях преимущества карбида кремния становятся еще более очевидными, демонстрируя превосходство над кремнием по многим параметрам.
Обратите внимание: MIT: ядерная энергия является неотъемлемой частью будущего энергетики с низким содержанием углерода.
Различия политипов 4H-SiC и 6H-SiC
Важным аспектом технологии карбида кремния являются различия между его политипами, в частности 4H-SiC и 6H-SiC. Основное отличие заключается в строении кристаллической решетки и количестве атомов в элементарной ячейке.
Политип 6H-SiC обладает выраженной анизотропией подвижности носителей заряда — то есть его проводимость значительно различается в разных направлениях кристаллической решетки. Это свойство ограничивает его применение в силовых приборах с вертикальной структурой.
В отличие от него, политип 4H-SiC демонстрирует незначительную анизотропию и более высокую подвижность носителей заряда, что делает его предпочтительным выбором для большинства электронных применений, особенно в силовой электронике.
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Экстремальная электроника. Часть 4. Карбид кремния.