SiC ซิลิคอนคาร์ไบด์ในที่นี้ อุปกรณ์ดังกล่าวหมายถึงอุปกรณ์ที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์เป็นวัตถุดิบหลัก
ตามคุณสมบัติความต้านทานที่แตกต่างกัน จึงแบ่งออกเป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์นำไฟฟ้าและซิลิคอนคาร์ไบด์กึ่งฉนวนอุปกรณ์ RF
รูปแบบอุปกรณ์หลักและการใช้งานของซิลิคอนคาร์ไบด์
ข้อได้เปรียบหลักของ SiC เหนือกว่าวัสดุ Siเป็น:
SiC มีช่องว่างพลังงานมากกว่า Si ถึง 3 เท่า ซึ่งสามารถลดการรั่วไหลและเพิ่มความทนทานต่ออุณหภูมิได้
SiC มีความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัวสูงกว่า Si ถึง 10 เท่า สามารถเพิ่มความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า ความถี่ในการทำงาน ความสามารถในการทนต่อแรงดันไฟฟ้า และลดการสูญเสียขณะเปิด-ปิด ทำให้เหมาะสมกับการใช้งานแรงดันสูงมากขึ้น
SiC มีความเร็วในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนถึงจุดอิ่มตัวเป็นสองเท่าของ Si ดังนั้นจึงสามารถทำงานที่ความถี่สูงกว่าได้
SiC มีค่าการนำความร้อนสูงกว่า Si ถึง 3 เท่า มีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนที่ดีกว่า สามารถรองรับความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าสูง และลดความต้องการในการระบายความร้อน ทำให้ตัวเครื่องมีน้ำหนักเบาขึ้น
พื้นผิวตัวนำ
พื้นผิวตัวนำ: โดยการกำจัดสิ่งเจือปนต่างๆ ในผลึก โดยเฉพาะสิ่งเจือปนระดับตื้น เพื่อให้ได้ค่าความต้านทานสูงตามธรรมชาติของผลึก
นำไฟฟ้าพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์แผ่นเวเฟอร์ SiC
อุปกรณ์กำลังไฟฟ้าที่ทำจากซิลิคอนคาร์ไบด์นำไฟฟ้า ผลิตขึ้นโดยการปลูกชั้นซิลิคอนคาร์ไบด์แบบเอพิแท็กเซียลบนพื้นผิวตัวนำ จากนั้นแผ่นซิลิคอนคาร์ไบด์แบบเอพิแท็กเซียลจะถูกนำไปแปรรูปเพิ่มเติม เช่น การผลิตไดโอด Schottky, MOSFET, IGBT เป็นต้น ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในรถยนต์ไฟฟ้า การผลิตไฟฟ้าจากพลังงานแสงอาทิตย์ ระบบขนส่งทางราง ศูนย์ข้อมูล สถานีชาร์จ และโครงสร้างพื้นฐานอื่นๆ ข้อดีด้านประสิทธิภาพมีดังนี้:
คุณสมบัติทนแรงดันสูงที่ได้รับการปรับปรุง ความแข็งแรงของสนามไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการแตกตัวของซิลิคอนคาร์ไบด์นั้นมากกว่าซิลิคอนถึง 10 เท่า ซึ่งทำให้ความต้านทานต่อแรงดันสูงของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์สูงกว่าอุปกรณ์ซิลิคอนที่เทียบเท่ากันอย่างมาก
คุณสมบัติที่อุณหภูมิสูงดีกว่า ซิลิคอนคาร์ไบด์มีค่าการนำความร้อนสูงกว่าซิลิคอน ทำให้การระบายความร้อนของอุปกรณ์ง่ายขึ้นและอุณหภูมิการทำงานสูงสุดสูงขึ้น ความทนทานต่ออุณหภูมิสูงสามารถนำไปสู่การเพิ่มความหนาแน่นของกำลังไฟฟ้าอย่างมีนัยสำคัญ ในขณะที่ลดความต้องการของระบบระบายความร้อน ทำให้ตัวเครื่องมีน้ำหนักเบาและขนาดเล็กลงได้
การใช้พลังงานต่ำลง ① อุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์มีความต้านทานขณะเปิดต่ำมากและมีการสูญเสียขณะเปิดต่ำ (2) กระแสรั่วไหลของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับอุปกรณ์ซิลิคอน จึงช่วยลดการสูญเสียพลังงาน ③ ไม่มีปรากฏการณ์กระแสตกค้างในกระบวนการปิดของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์ และการสูญเสียขณะสวิตช์ต่ำ ซึ่งช่วยปรับปรุงความถี่ในการสวิตช์ของการใช้งานจริงได้อย่างมาก
พื้นผิว SiC กึ่งฉนวน: การเติมไนโตรเจนใช้เพื่อควบคุมความต้านทานของผลิตภัณฑ์นำไฟฟ้าได้อย่างแม่นยำ โดยการปรับเทียบความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของการเติมไนโตรเจน อัตราการเติบโต และความต้านทานของผลึก
วัสดุพื้นผิวที่เป็นฉนวนกึ่งบริสุทธิ์สูง
อุปกรณ์ RF ที่ใช้ซิลิคอนคาร์บอนแบบกึ่งฉนวนนั้น ผลิตขึ้นโดยการปลูกชั้นเอพิแทกเซียลของแกลเลียมไนไตรด์บนพื้นผิวซิลิคอนคาร์ไบด์แบบกึ่งฉนวน เพื่อเตรียมแผ่นเอพิแทกเซียลของซิลิคอนไนไตรด์ ซึ่งรวมถึง HEMT และอุปกรณ์ RF แกลเลียมไนไตรด์อื่นๆ โดยส่วนใหญ่ใช้ในระบบสื่อสาร 5G ระบบสื่อสารในยานยนต์ การใช้งานด้านการป้องกันประเทศ การส่งข้อมูล และอวกาศ
อัตราการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิ่มตัวของวัสดุซิลิคอนคาร์ไบด์และแกลเลียมไนไตรด์สูงกว่าซิลิคอน 2.0 และ 2.5 เท่า ตามลำดับ ดังนั้นความถี่ในการทำงานของอุปกรณ์ซิลิคอนคาร์ไบด์และแกลเลียมไนไตรด์จึงสูงกว่าอุปกรณ์ซิลิคอนแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม วัสดุแกลเลียมไนไตรด์มีข้อเสียคือทนความร้อนได้ไม่ดี ในขณะที่ซิลิคอนคาร์ไบด์ทนความร้อนและนำความร้อนได้ดี ซึ่งสามารถชดเชยข้อเสียเรื่องทนความร้อนได้ไม่ดีของอุปกรณ์แกลเลียมไนไตรด์ได้ ดังนั้นในอุตสาหกรรมจึงใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์แบบกึ่งฉนวนเป็นวัสดุรองรับ และปลูกชั้นเอพิแทกเซียลของแกลเลียมบนวัสดุรองรับซิลิคอนคาร์ไบด์เพื่อผลิตอุปกรณ์ RF
หากพบการละเมิด โปรดติดต่อเพื่อลบออก
วันที่โพสต์: 16 กรกฎาคม 2567