碳化硅器件技術(shù)學(xué)習(xí)案例集含碳化硅器件技術(shù)步驟教學(xué)案例教程

技術(shù) | 碳化硅功率器件的三大關(guān)鍵技術(shù)！

全SiC功率模塊是在優(yōu)化工藝條件及器件結(jié)構(gòu)，改善了晶體質(zhì)量后才實現(xiàn)了SiCSBD與SiCMOSFET一體化封裝，解決了高壓級別SiIGBT模塊功率轉(zhuǎn)換損耗較大的問題，可在高頻范圍中實現(xiàn)外圍部件小型化，但成本較高。封裝技術(shù) 封裝過程中需要涉及的電、熱和熱機械問題，取決于器件的電壓等級和電流水平，傳統(tǒng)的功率封裝方法是實現(xiàn)SiC功率器件性能優(yōu)勢的限制因素。SiC功率器件的封裝材料應(yīng)滿足以下要求： (1)具有良好的導(dǎo)熱性； (2)具有優(yōu)良的絕緣特性； (3)熱膨脹系數(shù)小，與SiC半導(dǎo)體材料的熱膨脹系數(shù)相匹配； (4)耐高溫，在空氣氛圍300℃以上高溫環(huán)境中保持穩(wěn)定。隨著SiC功率器件產(chǎn)業(yè)鏈中各項技術(shù)的進一步完善，未來各種SiC功率器件會在成品率、可靠性和成本方面取得很大改善，從而進入全面推廣應(yīng)用的階段，將引發(fā)電力電子技術(shù)的新革命。參考來源： [1]閆美存.碳化硅功率器件的關(guān)鍵技術(shù)及標準化研究 [2]葛海波等.碳化硅功率器件的關(guān)鍵技術(shù)及標準化研究文稿來源：中國粉體網(wǎng)

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碳化硅材料技術(shù)對器件可靠性的影響

表1 外延片缺陷對最終器件的影響 07碳化硅材料面臨的兩個挑戰(zhàn) 碳化硅材料推廣面臨的重要挑戰(zhàn)之一是價格過高，襯底價格遠高于硅和藍寶石襯底。目前碳化硅襯底的主流直徑只有4~6英寸，需要更成熟的生長技術(shù)來擴大尺寸，以降低價格。另一方面，碳化硅位錯密度量級處于102-104，遠高于硅、砷化鎵等材料。此外，碳化硅還存在較大的應(yīng)力，會導(dǎo)致面型參數(shù)出現(xiàn)問題。改善碳化硅襯底質(zhì)量，是提高外延材料質(zhì)量、器件制備的良率、器件可靠性和壽命的重要途徑。

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干貨 | 碳化硅材料技術(shù)對器件可靠性的影響

表1 外延片缺陷對最終器件的影響 07 碳化硅材料面臨的兩個挑戰(zhàn) 碳化硅材料推廣面臨的重要挑戰(zhàn)之一是價格過高，襯底價格遠高于硅和藍寶石襯底。目前碳化硅襯底的主流直徑只有4~6英寸，需要更成熟的生長技術(shù)來擴大尺寸，以降低價格。另一方面，碳化硅位錯密度量級處于102-104，遠高于硅、砷化鎵等材料。此外，碳化硅還存在較大的應(yīng)力，會導(dǎo)致面型參數(shù)出現(xiàn)問題。改善碳化硅襯底質(zhì)量，是提高外延材料質(zhì)量、器件制備的良率、器件可靠性和壽命的重要途徑。來源：基本半導(dǎo)體

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干貨 | 碳化硅材料技術(shù)對器件可靠性的影響

表1 外延片缺陷對最終器件的影響 07 碳化硅材料面臨的兩個挑戰(zhàn) 碳化硅材料推廣面臨的重要挑戰(zhàn)之一是價格過高，襯底價格遠高于硅和藍寶石襯底。目前碳化硅襯底的主流直徑只有4~6英寸，需要更成熟的生長技術(shù)來擴大尺寸，以降低價格。另一方面，碳化硅位錯密度量級處于102-104，遠高于硅、砷化鎵等材料。此外，碳化硅還存在較大的應(yīng)力，會導(dǎo)致面型參數(shù)出現(xiàn)問題。改善碳化硅襯底質(zhì)量，是提高外延材料質(zhì)量、器件制備的良率、器件可靠性和壽命的重要途徑。來源：基本半導(dǎo)體

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碳化硅功率器件的性能分析與多芯片并聯(lián)應(yīng)用研究--碳化硅MOSFET&功率模塊

碳化硅MOSFET 碳化硅MOSFET具有正向?qū)娮璧汀㈤_關(guān)速度快、驅(qū)動電路筒單等優(yōu)點。碳化硅MOSFET的漂移區(qū)相對較薄，它的正向?qū)娮璧停瑢?dǎo)通損耗也小。由于正向電阻小,所以相較于傳統(tǒng)硅IGBT，在相同的耐壓和導(dǎo)流能力條件下碳化硅MOSFET的面積可以更小，從而其結(jié)電容也更小（相對介電常數(shù)：碳化硅9.66，硅11.9，＠300K），較小的結(jié)電容使得器件的開關(guān)速度更快。 碳化硅MOSFET是電壓型驅(qū)動器件，驅(qū)動功耗較低，而柵氧結(jié)構(gòu)讓它的柵極輸入阻抗極大，所以碳化硅MOSFET的驅(qū)動電路相對筒單，并且從電路拓撲上來說傳統(tǒng)硅IGBT的驅(qū)動電路可以直接驅(qū)動碳化硅MOSFET，所以碳化硅功率MOSFET被視為硅IGBT的最理想替代品。 碳化硅MOSFET的工作原理可以用圖2.3中的垂直型DMOS來說明。當柵源之間存在正偏壓，并且高于閾值電壓時，柵極下方在SiC表面形成了反型溝道，從源極到漏極形成了導(dǎo)電通路，MOSFET導(dǎo)電通路的等效電阻由如圖2.3中所示的幾個部分等效電阻串聯(lián)組成。當柵源之間短路或者在柵源之間施加反偏電壓時，溝道被斷開，源極到漏極的電流通路不復(fù)存在，漏源之間開始具備承受高電壓應(yīng)力的條件。

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智芯研報 | 碳化硅SiC功率器件在電動汽車中的研究與應(yīng)用

因此需要先進封裝技術(shù)改善散熱條件、降低寄生參數(shù)、提高功率模塊的電氣堅固性和可靠性。電力電子研究人員一直在努力尋找新型大電流高功率密度封裝結(jié)構(gòu)和互連方法，以替代目前的平面封裝結(jié)構(gòu)和引線鍵合工藝，徹底消除它們帶來的各種問題。無引線鍵合的頂部功率連接，最小引線鍵合，動態(tài)匹配和芯片雙面散熱等工藝需要進一步研究[7]。近年來，新的封裝技術(shù)，如英飛凌的擴散焊接工藝，賽米控的完全無焊接的彈簧壓接技術(shù)以及燒結(jié)技術(shù)等，可能成為未來寬禁帶電力電子器件的主流封裝工藝。參考文獻： 1.《寬禁帶碳化硅功率器件在電動汽車中的研究與應(yīng)用》華南理工大學(xué)電力學(xué)院王學(xué)梅 2.《第三代半導(dǎo)體器件在新能源汽車(EV／HEV)上的應(yīng)用》廣東省機械研究所鄭泰山 3.《應(yīng)用增強型碳化硅結(jié)型晶體管的功率因數(shù)校正技術(shù)》密西西比州立大學(xué)車輛系統(tǒng)研究中心 | 來源：文章轉(zhuǎn)自「驅(qū)動視界」免責聲明：本文系網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有。文章內(nèi)容系作者個人觀點，本平臺轉(zhuǎn)載僅供學(xué)習(xí)交流，如果有任何異議，歡迎聯(lián)系國際第三代半導(dǎo)體眾聯(lián)空間。

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碳化硅器件在UPS中的應(yīng)用研究

6.結(jié)束語 碳化硅器件作為第三代功率半導(dǎo)體，由于其高耐壓，開關(guān)速度快，損耗低等特點，已經(jīng)逐步應(yīng)用在車載電源，主驅(qū)，充電樁和儲能應(yīng)用中。隨著數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展，碳化硅器件也逐步在其配供電中得到使用，而高速高壓的碳化硅MOSFET的到來，將徹底改變數(shù)據(jù)中心UPS的應(yīng)用發(fā)展，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心綠色化，低碳化的發(fā)展目標。英飛凌在碳化硅技術(shù)上有二十幾年的研發(fā)準備，將幫助UPS在下一代電力電子的升級換代中提供最佳的系統(tǒng)技術(shù)方案。參考文獻 [1] Dethard Peters, Thomas Basler, Bernd Zippelius, Infineon Technologies AG，CoolSiC Trench MOSFET Combining SiC Performance With Silicon Ruggedness，2017 PCIM Europe.

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