SiC功率器件概述

1. SiC材料的物性和特征SiC（碳化硅）是一种由Si（硅）和C（碳）构成的化合物半导体材料。
不仅绝缘击穿场强是Si的10倍，带隙是Si的3倍，而且在器件制作时可以在较宽范围内控制必要的p型、n型，所以被认为是一种超越Si极限的功率器件材料。
SiC中存在各种多型体（结晶多系），它们的物性值也各不相同。
用于功率器件制作，4H-SiC最为合适。
Properties
Si
4H-SiC
GaAs
GaN
Crystal Structure
Diamond
Hexagonal
Zincblende
Hexagonal
Energy Gap: EG(eV)
1.12
3.26
1.43
3.5
Electron Mobility: μN(cm2/VS)
1400
900
8500
1250
Hole Mobility: μP(cm2)
600
100
400
200
Breakdown Field: EB(V/cm)×106
0.3
3
0.4
3
Thermal Conductivity (W/cm°C)
1.5
4.9
0.5
1.3
Saturation Drift Velocity: VS(cm/s)×107
1
2.7
2
2.7
Relative Dielectric Constant: εS
11.8
9.7
12.8
9.5
p. n Control
○
○
○
△
Thermal Oxide
○
○
×
×


2. 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，能够以具有更高的杂质浓度和更薄的厚度的漂移层作出600V～数千V的高耐压功率器件。
高耐压功率器件的阻抗主要由该漂移层的阻抗组成，因此采用SiC可以得到单位面积导通电阻非常低的高耐压器件。
理论上，相同耐压的器件，SiC的单位面积的漂移层阻抗可以降低到Si的1/300。
而Si材料中，为了改善伴随高耐压化而引起的导通电阻增大的问题，主要采用如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大 的问题，其结果是由此产生的发热会限制IGBT的高频驱动。
SiC材料却能够以高频器件结构的多数载流子器件（肖特基势垒二极管和MOSFET）去实现高耐压，从而同时实现 "高耐压"、"低导通电阻"、"高频" 这三个特性。
另外，带隙较宽，是Si的3倍，因此SiC功率器件即使在高温下也可以稳定工作。