功率半导体多被用于转换器及逆变器等电力转换器进行电力控制。目前,功 率半导体材料正迎来材料更新换代,这些新材料就是SiC(碳化硅)和GaN(氮化镓),二者的物理特性均优于现在使用的Si(硅),作为节能***受到了电力公司、汽车厂商和电子厂商等的极大期待。将Si换成GaN或SiC等化合物半导体,可大幅提高产品效率并缩小尺寸,这是Si功率半导体元件(以下简称功率元件)无法实现的。 目前,很多领域都将Si二极管、MOSFET及IGBT(绝缘栅双极晶体管)等晶体管用作功率元件,比如供电系统、电力机车、混合动力汽车、工厂内的生产设备、光伏发电系统的功率调节器、空调等白色家电、服务器及个人电脑等。这些领域利用的功率元件的材料也许不久就将被GaN和SiC所替代。碳化硅(SiC)由于其独特的物理及电子特性,在一些应用上成为比较好的半 导体材料。进口碳化硅衬底4寸led
碳化硅(SiC)半导体器件在航空、航天探测、核能开发、卫星、石油和地热钻井勘探、汽车发动机等高温(350~500oC)和抗辐射领域具有重要应用; 高频、高功率的碳化硅(SiC)器件在雷达、通信和广播电视领域具有重要的应用前景;(目前航天和**下属的四家院所已有两家开始使用,订货1亿/年,另两家还在进行测试,在航天宇航碳化硅器件是不可取代的,可以抵御太空中强大的射线辐射及巨大的差,在核战或强电磁干扰作用的时候,碳化硅电子器件的耐受能力远远强于硅基器件,雷达、通信方面有重要作用进口碳化硅衬底4寸led碳化硅半导体(这里指4H-SiC)是新一代宽禁带半导体。
碳化硅被誉为下一代半导体材料,因为其具有众多优异的物理化学特性,被广泛应用于光电器件、高频大功率、高温电子器件。本文阐述了SiC研究进展及应用前景,从光学性质、电学性质、热稳定性、化学性质、硬度和耐磨性、掺杂物六个方面介绍了SiC的性能。SiC有高的硬度与热稳定性,稳定的结构,大的禁带宽度 ,高的热导率,优异的电学性能。同时介绍了SiC的制备方法:物***相沉积法和化学气相沉积法,以及SiC薄膜表征手段。包括X射线衍射谱、傅里叶红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱等。***讲了SiC的光学性能和电学性能以及参杂SiC薄膜的光学性能研究进展。
现在,SiC材料正在大举进入功率半导体领域。一些**的半导体器件厂商,如罗姆(ROHM)株式会社、英飞凌科技公司、Cree、飞兆国际电子有限公司等都在开发自己的SiC功率器件。英飞凌科技公司在今年推出了第5代SiC肖特基势垒二极管,它结合了第3代产品的低容性电荷(Qc)特性与第2代产品中的低正向电压(Vf)特性,使PFC电路达到**高效率水平,击穿电压则达到了650V。飞兆半导体发布了SiC BJT,实现了1 200V的耐压,传导和开关损耗相对于传统的Si器件降低了30%~50%,从而能够在相同尺寸的系统中实现高达40%的输出功率提升。ROHM公司则推出了1 200V的第2代SiC制MOSFET产品,实现了SiC-SBD与SiC-MOSFET的一体化封装,与Si-IGBT相比,工作损耗降低了70%,并可达到50kHz以上的开关频率。值得一提的是,IGBT的驱动比较复杂,如果使用SiC基的MOSFET,则能使系统开发的难度大为降低。SiC的市场颇为看好,根据预测,到2022年,市场规模将达到40亿美元,年平均复合增长率可达到45%。与传统硅基功率电力电子器件相比,碳化硅基功率器件可以**降低能耗,节约电力。
碳化硅耐高温,与强酸、强碱均不起反应,导电导热性好,具有很强的抗辐射能力。用碳化硅粉直接升华法可制得大体积和大面积碳化硅单晶。用碳化硅单晶可生产绿色或蓝色发光二极管、场效应晶体管,双极型晶体管。用碳化硅纤维可制成雷达吸波材料,在***工业中前景广阔。碳化硅超精细微粉是生产碳化硅陶瓷的理想材料。碳化硅陶瓷具有优良的常温力学性能,如高的抗弯强度,优良的抗氧化性,耐腐蚀性,非常高的抗磨损以及低的磨擦系数,而且高温力学性能(强度、抗蠕变性等)是已知陶瓷材料中比较好的材料,如晶须补强可改善碳化硅的韧性和强度。
由于碳化硅优异的理化性能,使其在石油、化工、微电子、汽车、航天航空、激光、原子能、机械、冶金行业中***得到应用。如砂轮、喷咀、轴承、密封件、燃气轮机动静叶片,反射屏基片,发动机部件,耐火材料等。 SiC作为第三代半导体材料的杰出**由于其特有的物理化学特性成为制作高频、大功率、高温器件的理想材料。进口碳化硅衬底4寸led
碳化硅可在超过200℃的高温下长期稳定地工作,因此,相比于硅,碳化硅方案可以大量缩减冷却负担。进口碳化硅衬底4寸led
随着电力电子变换系统对于效率和体积提出更高的要求,SiC(碳化硅)将会是越来越合适的半导体器件。尤其针对光伏逆变器和UPS应用,SiC器件是实现其高功率密度的一种非常有效的手段。
由于SiC相对于Si的一些独特性,对于SiC技术的研究,可以追溯到上世界70年代。 简单来说,SiC主要在以下3个方面具有明显的优势: 击穿电压强度高(10倍于Si) 更宽的能带隙(3倍于Si) 热导率高(3倍于Si) 这些特性使得SiC器件更适合应用在高功率密度、高开关频率的场合。当然,这些特性也使得大规模生产面临一些障碍,直到2000年初单晶SiC晶片出现才开始逐步量产。目前标准的是4英寸晶片,但是接下来6英寸晶片也要诞生,这会导致成本有显着的下降。而相比之下,当今12英寸的Si晶片已经很普遍,如果预测没有问题的话,接下来4到5年的时间18英寸的Si晶片也会出现。 进口碳化硅衬底4寸led
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