1:什么是碳化硅
碳化硅(SiC)又叫金刚砂,它是用石英砂、石油焦、木屑、食盐等原料通过电阻炉高温冶炼而成,其实碳化硅很久以前就被发现了,它的特点是:化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好,硬度大(莫氏硬度为9.5级,仅次于世界上最硬的金刚石(10级))、导热性能优良、高温抗氧化能力强等。由于天然含量甚少,碳化硅主要多为人造。
第三代半导体指的是SiC、GaN、ZnO、金刚石(C)、AlN等具有宽禁带(Eg>2.3eV)特性的新兴半导体材料。碳化硅是目前发展最成熟的第三代半导体材料。
2: 碳化硅晶体结构
碳化硅(SiC)由碳(C)原子和硅(Si)原子组成,密度是3.2g/cm3,天然碳化硅非常罕见,主要通过人工合成。其晶体结构具有同质多型体的特点,在半导体领域最常见的是具有立方闪锌矿结构的3C-SiC和六方纤锌矿结构的4H-SiC和6H-SiC
3:碳化硅半导体的优势
4:碳化硅半导体生产链
碳化硅晶片作为半导体衬底材料,经过外延生长、器件制造等环节,可制成碳化硅基功率器件和微波射频器件。产业化主要以德国英飞凌、美国Cree公司、GE、ST意法半导体体和日本罗姆公司、公司等为代表。
5:碳化硅半导体的优势
核心用于功率+射频器件,适用于600V以上高压场景,包括光伏、风电、轨道交通、新能源汽车、充电桩等电力电子领域。
A:电源/大型服务器:用于电源及功率因数校正器内部,减积减重、提高效率、降低损耗。
B:光伏:用于光伏逆变器中,光伏发电产生的电流为直流电,需要通过逆变器转换为交流电以实现并网。采用SiC功率器件可以减积减重;提高逆变转化效率2%左右,综合转换效率达到98%;降低损耗,提高光伏发电站经济效益;SiC材料特性,降低故障率。
C:风电:用于风电整流器、逆变器、变压器,风力发电产生的交流电易受风力影响使得电压、电流不稳定,先要经过整流为直流电后再逆变成交流电实现并网,提高效率、降低损耗,同时成本和质量分别减少50%和25%。
D:军工领域:各种车载、机载、船载、弹载等电源装置,减积减重、提高效率、降低损耗。
审核编辑 黄宇
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