您好, 歡迎來到化工儀器網
碳化硅半導體
在性能上的增長，純硅功率晶體管有著令人羨慕的成績，然而，對于高要求的功率開關和控制的應用上，它似乎已經到達了它的極限。
碳化硅（SiC），作為一種新型半導體材料，具有潛在的優點：更小的體積、更有效率、*去除開關損耗、低漏極電流、比標準半導體（純硅半導體）更高的開關頻率以及在標準的125℃結溫以上工作的能力。小型化和高工作耐溫使得這些器件的使用更加自如，甚至可以將這些器件直接置于電機的外殼內。
任何一種新技術都會經歷由發展到成熟的過程，SiC也不例外。標準功率開關，如絕緣柵雙極型晶體管（IGBT），有很大的產品基礎和優化的生產技術。而SiC卻需要投入大量經費和研發資金來解決材料問題和完善半導體制造技術。然而這種功率開關器件，能夠在正向導通大電流和反向截止千伏電壓之間快速執行開關動作，這樣的性能是值得一試的。
SiCzui初的成功應用和主要應用發光二極管，用于汽車頭燈和儀表盤其他照明場合。其他的市場包括開關電源和肖特基勢壘二極管。將來會應用到包括混合動力車輛、功率轉換器（用于減小有源前置濾波器的體積）和交流/直流電機控制上。這些更高要求的應用還沒有商業化，因為它們需要高質量的材料和大規模的生產力來降低成本。在*范圍內，大量的研究經費投入到了公司、實驗室和政府設施，以使SiC技術更加可行。一些專家預言，SiC技術的商業化、工業化甚至**應用將在2到5年或者更遠的時間內變成現實。
佳工機電網
圖1：APEI Inc.的這個功能齊全的基于SiC的3kW三相換流器原型，可以工作于
250℃以上的溫度。
電機控制生產商對于SiC的發展特別有興趣，有些甚至與研究人員和半導體生產商進行合作來促進SiC的發展。但是他們大多數都對這種協作關系閉口不談。
SiC技術的促進者
Rockwell Automation公司標準驅動部門的顧問工程師Gary Skibinski博士說：“Rockwell Automation看到了這個新技術的潛在優點并認為自己是SiC技術的促進者。Rockwell公司也確定了SiC技術會如何融入其將來的商業計劃。對于一個的公司，理解并接納新興技術是至關重要的。”
發展正在逐步進行。Skibinski舉例道，在驅動模塊的每個標準IGBT上附加一個SiC功率二極管，作用如同變極飛輪二極管，作為提高生產力邏輯上的*步；這種改變其次將會應用于功率開關上。他說：“純SiC驅動仍處于研發和原型論證階段。”
相對于純SiC模型（Si IGBT+反平行二極管開關）的進展，在近期對于Si-SiC混合型功率模型（Si IGBT+商業SiC二極管）的研究中，Rockwell公司在減少能量損耗和增加載波頻率上獲得突破性進展。此模型總的功率損耗為Eon+Err+Eoff（見圖2）。對于Si或者SiC二極管，不管Rgate值如何變化，Eoff的值都不會變化，但是當使用SiC二極管時，其他的兩個功率損耗分量會因Rgate值的變化而發生變化。對于任何Rgate值，二極管反向恢復損耗Err實際上已經幾乎減小到0（94%）。當Rgate=25Ω時GBT的Eon減小了37%，當Rgate=8絞保琁GBT的Eon減小了85%。
佳工機電網
圖2：Rockwell Automation 近期的調查顯示，相對于全硅模塊，Si-SiC混合模塊可以潛在地
減小功率損耗Eon和Err。為了便于比較，全硅模塊的IGBT功率損耗En被規格化為每一個單位3.3mJ。
研究的結果證明了更高開關頻率的可能性，在以前，更高的開關頻率一直受限于純硅二極管的反向恢復損耗。Err限制了在減小開啟損耗上的進一步發展。Skibinski解釋道：“硅模塊的供應商推薦使用一個門電阻Rgate (例如25 Ω，來平衡IGBT的開啟能量損耗(Eon) 關斷能量損耗(Eoff)。”然而對于SiC二極管，門電阻Rgate就可以省去不用了。
他說：“SiC二極管能夠降低總功率損耗(Eon+Err+Eoff)，這一特性仔驅動上的應用有著潛在優點。”首先，在使用同樣的制冷系統的條件下，它可以達到4倍的開關頻率，可以使前置電磁濾波器具有更好的性能、更小的體積和更低的價格。或者，你也可以保留現在的開關頻率和制冷系統，這樣就可以得到更高的效率和穩定性、更低的損耗、更高的額定輸出。降低的總功率損耗可以潛在地降低制冷花費。
Yaskawa Electric是另一個采用SiC技術的驅動生產商，他把SiC技術應用于雷達屏幕上。Yaskawa Electric總結SiC的基本的優點有：高工作溫度、高開關速度、在導通和開關模式下都具有更低的損耗，這些是驅動系統更加有效率。
日本小倉Yaskawa Electric公司研發實驗室的IEEE的特殊會員Tsuneo J. Kume博士在Control Engineering中說道：“這種低損耗的特性，加上高工作結溫，是碳化硅器件和制冷系統具有更小的體積，進而導致具有更高功率密度的驅動系統的成為可能。而且，高頻開關性能極大地改進了控制系統的響應和帶寬。”Yaskawa公司正在與*的半導體生產商密切合作，例如Mitsubishi Semiconductors公司，只要技術成熟，將會推出具有*技術的SiC器件。據Kume說，這種技術正在為實際應用和質量作進一步實驗，使用這種新技術的驅動產品，暫時還沒有開始開發。