carbure de silicium SiCLe dispositif fait référence au dispositif fabriqué à partir de carbure de silicium comme matière première.
Selon les différentes propriétés de résistance, il est divisé en dispositifs de puissance en carbure de silicium conducteur etcarbure de silicium semi-isoléAppareils RF.
Principales formes et applications des dispositifs en carbure de silicium
Les principaux avantages du SiC par rapport aumatériaux Sisont:
Le SiC a une bande interdite 3 fois supérieure à celle du Si, ce qui peut réduire les fuites et augmenter la tolérance à la température.
Le SiC a une intensité de champ de claquage 10 fois supérieure à celle du Si, peut améliorer la densité de courant, la fréquence de fonctionnement, la capacité de tension de résistance et réduire la perte marche-arrêt, plus adapté aux applications haute tension.
Le SiC a une vitesse de dérive de saturation électronique deux fois supérieure à celle du Si, il peut donc fonctionner à une fréquence plus élevée.
Le SiC a une conductivité thermique 3 fois supérieure à celle du Si, de meilleures performances de dissipation thermique, peut supporter une densité de puissance élevée et réduire les exigences de dissipation thermique, rendant l'appareil plus léger.
Substrat conducteur
Substrat conducteur : en éliminant diverses impuretés dans le cristal, en particulier les impuretés de faible profondeur, pour obtenir la résistivité intrinsèque élevée du cristal.
Conducteursubstrat en carbure de siliciumplaquette de SiC
Les dispositifs d'alimentation en carbure de silicium conducteur sont fabriqués par croissance d'une couche épitaxiale de carbure de silicium sur un substrat conducteur. Cette couche épitaxiale est ensuite transformée, notamment pour la production de diodes Schottky, de MOSFET, d'IGBT, etc., principalement utilisés dans les véhicules électriques, la production d'énergie photovoltaïque, le transport ferroviaire, les centres de données, les bornes de recharge et autres infrastructures. Les avantages en termes de performances sont les suivants :
Caractéristiques haute pression améliorées. L'intensité du champ électrique de claquage du carbure de silicium est plus de dix fois supérieure à celle du silicium, ce qui rend la résistance à la haute pression des dispositifs en carbure de silicium nettement supérieure à celle des dispositifs équivalents en silicium.
Meilleures caractéristiques à haute température. Le carbure de silicium présente une conductivité thermique supérieure à celle du silicium, ce qui facilite la dissipation thermique du dispositif et augmente sa température limite de fonctionnement. Sa résistance aux hautes températures permet d'augmenter considérablement la densité de puissance, tout en réduisant les besoins en refroidissement, ce qui permet d'alléger et de miniaturiser le terminal.
Consommation d'énergie réduite. 1 Le dispositif en carbure de silicium présente une très faible résistance à l'état passant et une faible perte à l'état passant ; (2) Le courant de fuite des dispositifs en carbure de silicium est considérablement réduit par rapport à celui des dispositifs en silicium, réduisant ainsi la perte de puissance ; 3 Il n'y a pas de phénomène de traînée de courant dans le processus de mise hors tension des dispositifs en carbure de silicium, et la perte de commutation est faible, ce qui améliore considérablement la fréquence de commutation des applications pratiques.
Substrat SiC semi-isolé : le dopage N est utilisé pour contrôler avec précision la résistivité des produits conducteurs en calibrant la relation correspondante entre la concentration de dopage à l'azote, le taux de croissance et la résistivité du cristal.
Matériau de substrat semi-isolant de haute pureté
Les dispositifs RF à base de carbone de silicium semi-isolés sont en outre fabriqués en faisant croître une couche épitaxiale de nitrure de gallium sur un substrat de carbure de silicium semi-isolé pour préparer une feuille épitaxiale de nitrure de silicium, y compris HEMT et d'autres dispositifs RF en nitrure de gallium, principalement utilisés dans les communications 5G, les communications des véhicules, les applications de défense, la transmission de données, l'aérospatiale.
Le taux de dérive des électrons saturés des matériaux en carbure de silicium et en nitrure de gallium est respectivement 2,0 et 2,5 fois supérieur à celui du silicium. Leur fréquence de fonctionnement est donc supérieure à celle des dispositifs en silicium traditionnels. Cependant, le nitrure de gallium présente une faible résistance thermique, tandis que le carbure de silicium présente une bonne résistance thermique et une bonne conductivité thermique, ce qui compense la faible résistance thermique des dispositifs en nitrure de gallium. C'est pourquoi l'industrie utilise du carbure de silicium semi-isolé comme substrat, sur lequel une couche épitaxiale de gan est déposée pour la fabrication de dispositifs RF.
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Date de publication : 16 juillet 2024