碳化硅MOS的优势
硅IGBT在一般情况下只能工作在20kHz以下的频率。由于受到材料的限制，高压高频的硅器件无法实现。碳化硅MOSFET不仅适合于从600V到10kV的广泛电压范围，同时具备单极型器件的卓越开关性能。相比于硅IGBT，碳化硅MOSFET在开关电路中不存在电流拖尾的情况具有更低的开关损耗和更高的工作频率。
20kHz的碳化硅MOSFET模块的损耗可以比3kHz的硅IGBT模块低一半， 50A的碳化硅模块就可以替换150A的硅模块。显示了碳化硅MOSFET在工作频率和效率上的巨大优势。
碳化硅MOSFET寄生体二极管具有极小的反向恢复时间trr和反向恢复电荷Qrr。如图所示，同一额定电流900V的器件，碳化硅MOSFET 寄生二极管反向电荷只有同等电压规格硅基MOSFET的5%。对于桥式电路来说（特别当LLC变换器工作在高于谐振频率的时候），这个指标非常关键，它可以减小死区时间以及体二极管的反向恢复带来的损耗和噪音，便于提高开关工作频率。
碳化硅MOS管的应用
碳化硅MOSFET模块在光伏、风电、电动汽车及轨道交通等中高功率电力系统应用上具有巨大的优势。碳化硅器件的高压高频和高效率的优势，可以突破现有电动汽车电机设计上因器件性能而受到的限制，这是目前国内外电动汽车电机领域研发的重点。如电装和丰田合作开发的混合电动汽车（HEV）、纯电动汽车（EV）内功率控制单元（PCU），使用碳化硅MOSFET模块，体积比减小到1/5。三菱开发的EV马达驱动系统，使用SiC MOSFET模块，功率驱动模块集成到了电机内，实现了一体化和小型化目标。预计在2018年-2020年碳化硅MOSFET模块将广泛应用在国内外的电动汽车上。四、碳化硅肖特二极管
碳化硅肖特基二极管
碳化硅肖特基二极管结构
碳化硅肖特基二极管（SiC SBD）的器件采用了结势垒肖特基二极管结构（JBS），可以有效降低反向漏电流，具备更好的耐高压能力。
碳化硅肖特基二极管优势
碳化硅肖特基二极管是一种单极型器件，因此相比于传统的硅快恢复二极管（Si FRD），碳化硅肖特基二极管具有理想的反向恢复特性。在器件从正向导通向反向阻断转换时，几乎没有反向恢复电流（如图1.2a），反向恢复时间小于20ns，甚至600V10A的碳化硅肖特基二极管的反向恢复时间在10ns以内。因此碳化硅肖特基二极管可以工作在更高的频率，在相同频率下具有更高的效率。另一个重要的特点是碳化硅肖特基二极管具有正的温度系数，随着温度的上升电阻也逐渐上升，这与硅FRD正好相反。这使得碳化硅肖特基二极管非常适合并联实用，增加了系统的安全性和可靠性。
概括碳化硅肖特基二极管的主要优势，有如下特点：
1. 几乎无开关损耗
2. 更高的开关频率
3. 更高的效率
4. 更高的工作温度
5. 正的温度系数，适合于并联工作
6. 开关特性几乎与温度无关
碳化硅肖特基二极管的应用
碳化硅肖特基二极管可广泛应用于开关电源、功率因素校正（PFC）电路、不间断电源（UPS）、光伏逆变器等中高功率领域，可显著的减少电路的损耗，提高电路的工作频率。在PFC电路中用碳化硅SBD取代原来的硅FRD，可使电路工作在300kHz以上，效率基本保持不变，而相比下使用硅FRD的电路在100kHz以上的效率急剧下降。随着工作频率的提高，电感等无源原件的体积相应下降，整个电路板的体积下降30%以上。五、人们是如何评价碳化硅的?
几乎凡能读到的文章都是这样介绍碳化硅：
碳化硅的能带间隔为硅的2.8倍(宽禁带),达到3.09电子伏特。其绝缘击穿场强为硅的5.3倍,高达3.2MV/cm.其导热率是硅的3.3倍,为49w/cm.k。由碳化硅制成的肖特基二极管及MOS场效应晶体管,与相同耐压的硅器件相比,其漂移电阻区的厚度薄了一个数量级。其杂质浓度可为硅的2个数量级。由此,碳化硅器件的单位面 积的阻抗仅为硅器件的100分之一。它的漂移电阻几乎就等于器件的全部电阻。因而碳化硅器件的发热量极低。这有助于减少传导和开关损耗，工作频率一般也要比硅器件高10倍以上。此外，碳化硅半导体还有的固有的强抗辐射能力。
近年利用碳化硅材料制作的IGBT(绝缘栅双极晶体管)等功率器件,已可采用少子注入等工艺,使其通态阻抗减为通常硅器件的十分之一。再加上碳化硅器件本身发热量小,因而碳化硅器件的导热性能极优。还有,碳化硅功率器件可在400℃的高温下正常工作。其可利用体积微小的器件控制很大的电流。工作电压也高得多。六、目前碳化硅器件发展情况如何?
1，技术参数：举例来说，肖特基二极管电压由250伏提高到1000伏以上，芯片面积小了，但电流只有几十安。工作温度提高到180℃，离介绍能达600℃相差很远。压降更不尽人意，与硅材料没有差别，高的正向压降要达到2V。
2，市场价格：约为硅材料制造的5到6倍。七、碳化硅(SiC)器件发展中的难题在哪里?
综合各种报道，难题不在芯片的原理设计，特别是芯片结构设计解决好并不难。难在实现芯片结构的制作工艺。
举例如下：
1，碳化硅晶片的微管缺陷密度。微管是一种肉眼都可以看得见的宏观缺陷，在碳化硅晶体生长技术发展到能彻底消除微管缺陷之前，大功率电力电子器件就难以用碳化硅来制造。尽管优质晶片的微管密度已达到不超过15cm-2 的水平。但器件制造要求直径超过100mm的碳化硅晶体，微管密度低于0.5cm-2 。
2，外延工艺效率低。碳化硅的气相同质外延一般要在1500℃以上的高温下进行。由于有升华的问题，温度不能太高，一般不能超过1800℃，因而生长速率较低。液相外延温度较低、速率较高，但产量较低。
3，掺杂工艺有特殊要求。如用扩散方法进行惨杂，碳化硅扩散温度远高于硅，此时掩蔽用的SiO2层已失去了掩蔽作用，而且碳化硅本身在这样的高温下也不稳定，因此不宜采用扩散法掺杂，而要用离子注入掺杂。如果p型离子注入的杂质使用铝。由于铝原子比碳原子大得多，注入对晶格的损伤和杂质处于未激活状态的情况都比较严重，往往要在相当高的衬底温度下进行，并在更高的温度下退火。这样就带来了晶片表面碳化硅分解、硅原子升华的问题。目前，p型离子注入的问题还比较多，从杂质选择到退火温度的一系列工艺参数都还需要优化。
4，欧姆接触的制作。欧姆接触是器件电极引出十分重要的一项工艺。在碳化硅晶片上制造金属电极，要求接触电阻低于10- 5Ωcm2，电极材料用Ni和Al可以达到，但在100℃ 以上时热稳定性较差。采用Al/Ni/W/Au复合电极可以把热稳定性提高到600℃、100h ，不过其接触比电阻高达10- 3Ωcm2 。所以要形成好的碳化硅的欧姆接触比较难。
5，配套材料的耐温。碳化硅芯片可在600℃温度下工作，但与其配套的材料就不见得能耐此高温。例如，电极材料、焊料、外壳、绝缘材料等都限制了工作温度的提高。
以上仅举数例，不是全部。还有很多工艺问题还没有理想的解决办法，如碳化硅半导体表面挖槽工艺、终端钝化工艺、栅氧层的界面态对碳化硅MOSFET器件的长期稳定性影响方面，行业中还有没有达成一致的结论等，大大阻碍了碳化硅功率器件的快速发展。八、为什么SIC器件还不能普及？
早在20世纪60年代，碳化硅器件的优点已经为人们所熟知。之所以目前尚未推广普及，是因为存在着许多包括制造在内的许多技术问题。直到现在SIC材料的工业应用主要是作为磨料（金刚砂）使用。
SIC在能够控制的压力范围内不会融化，而是在约2500℃的升华点上直接转变为气态。所以SIC 单晶的生长只能从气相开始，这个过程比SIC的生长要复杂的多，SI在大约1400℃左右就会熔化。使SIC技术不能取得商业成功的主要障碍是缺少一种合适的用于工业化生产功率半导体器件的衬底材料。对SI的情况,单晶衬底经常指硅片（wafer）,它是从事生产的前提和保证。一种生长大面积 SIC衬底的方法以在20世纪70年代末研制成功。但是用改进的称为Lely方法生长的衬底被一种微管缺陷所困扰。
只要一根微管穿过高压PN结就会破坏PN结阻断电压的能力，在过去三年中，这种缺陷密度已从每平方毫米几万根降到几十根。除了这种改进外，当器件的最大尺寸被限制在几个平方毫米时，生产成品率可能在大于百分之几，这样每个器件的最大额定电流为几个安培。因此在SIC功率器件取得商业化成功之前需要对SIC的衬底材料作更大技术改进。
 
军事方面的应用
最初，针对禁带半导体的研究与开发主要是为了满足军事国防方面的需求。早在1987年，美国政府和相关研究机构就促成了科锐公司（Cree）的成立，专门从事SiC半导体的研究。随后，美国国防部和能源部先后启动了"宽禁带半导体技术计划"和"氮化物电子下一代技术计划"，积极推动SiC和GaN宽禁带半导体技术的发展。美国政府一系列的部署引发了全球范围内的激烈竞争，欧洲和日本也相继开展了相关研究。欧洲开展了面向国防和商业应用的"KORRIGAN"计划和面向高可靠航天应用的"GREAT2"计划。日本则通过"移动通讯和传感器领域半导体器件应用开发"、"氮化镓半导体低功耗高频器件开发"等计划推动第3代半导体在未来通信系统中的应用。经过多年的发展，发达国家在宽禁带半导体材料、器件及系统的研究上取得了丰硕的成果，实现了在军事国防领域的广泛应用。
由于SiC和GaN两种材料的特性不同，它们的应用领域也有所区别：GaN主要是用作微波器件，而SiC主要是作为大功率高频功率器件。GaN材料的功率密度是现有GaAs器件的10倍，是制造微波器件的理想材料，被应用于雷达、电子对抗、智能化系统及火控装备，用来提高雷达性能和减小体积。根据报道，美国海军新一代干扰机吊舱、空中和导弹防御雷达AMDR正在采用GaN来替代GaAs 器件，以取代洛马公司的SPY-1相控阵雷达（宙斯盾系统核心雷达）。SiC则应用于高压、高温、强辐照等恶劣条件下工作的舰艇、飞机及智能武器电磁炮等众多军用电子系统，起到抵抗极端环境和降低能耗的作用。美国新型航空母舰CVN-21级福特号配备的4个电磁弹射系统均靠电力驱动，能在300英尺的距离内把飞机速度提高到160海里/h。其区域配电系统采用全SiC器件为基础的固态功率变电站，这使得每个变压器的质量从6t减少为1.7t，体积从10m3减少为2.7m3。
民用领域应用
随着在军事领域的应用逐步成熟，宽禁带半导体的应用开始逐步拓展到民用应用领域，其节能效应也将惠及到国民经济的方方面面。近年来，信息技术在原有基础上又得到快速发展，大量的以新技术为基础的新产品、新应用正在迅速普及，所带来的电力电子设备的能源消耗量也快速增长。根据预测，美国电力电子设备用电量占总量的比例将从2005年的30%增长到2030年的80%。半导体在节能领域中应用最多就是功率器件，绝大多数电子产品都会使用到一颗或多颗功率器件产品。宽禁带半导体的带隙明显大于硅半导体，从而可有效减小电子跨越的鸿沟，减少能源损耗。其相关器件的推广应用将给工业电机系统、消费类电子产品、新能源等领域带来深远的影响


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