Диодные и MOSFET модули на основе карбида кремния

Новые силовые модули  производства НПО "ЭНЕРГОМОДУЛЬ" на основе карбидкремниевых MOSFET и Диодов Шоттки:

Мы рады сообщить, что НПО "ЭНЕРГОМОДУЛЬ" приступило к разработке и выпуску силовых MOSFET-модулей с применением ЭКБ на основе карбида кремния (SiC), а также силовых модулей в основе которых лежат карбидкремниевые Диоды Шоттки. Карбид кремния выгодно отличается от ставшего традиционным материалом силовой электроники кремния по ряду важнейших для этой области параметров.

Тем не менее, материал необходимый для полупроводниковой промышленности, как и конечная ЭКБ на его основе остаются, на данный момент, дороже кремниевой продукции, в силу технологической сложности производства и это, пожалуй, главная преграда для вытеснения кремния с рынка силовой электроники. Более подробно с данными отличиями вы можете ознакомиться ниже. 

Немного о карбиде кремния (SiC):

Рисунок 1 - Диаграмма, рассматривающая основные свойства полупроводниковых материалов, пригодных для применения в силовой электронике

На рисунке 1 представлены основные свойства полупроводниковых материалов, которые могут применяться при конструировании силовой ЭКБ. Приборы на основе SiC выгодно отличаются за счет следующих свойств полупроводника:

• в несколько раз большая ширина запрещённой зоны (от 2.36 до 3.23 эВ), по сравнению с Si приводит к тому, что токи утечки переходов чрезвычайно малы даже при повышенной температуре кристалла;

• в 10 раз большая напряженность поля электрического пробоя (4·10⁶ В/см), по сравнению с Si, приводит к значительному снижению сопротивления в открытом состоянии;

• возможность создания приборов с высокими значениями напряжений пробоя за счет большой напряженности поля электрического пробоя начиная от 600 В вплоть до 10 кВ;

• теплопроводность в 3 раза большая, чем у кремния (до 490 Вт/м·К, у меди 401 Вт/м·К), приводит к снижению теплового сопротивления кристалла;

• предельная скорость носителей тока более чем в два раза выше, чем у кремния;

• приборы, основанные на данном полупроводнике, отличаются повышенными значениями плотностей тока (до 5·10³ А/см²);

• малое удельное сопротивление в открытом состоянии в сочетании с высокой плотностью тока и хорошей теплопроводностью позволяет использовать для мощных приборов кристаллы очень малого размера;

• высокие допустимые рабочие температуры (до 250 °C для реальных приборов) позволяют создавать высоконадежные транзисторы для жестких условий эксплуатации и специальной аппаратуры;

• стабильность электрических характеристик при изменении температуры и отсутствие дрейфа параметров во времени, что обеспечивает высокую надежность изделий.

Оценки показывают, что использование твердотельных ключей на основе SiC взамен используемых сегодня Si приборов позволит более чем в 100 раз улучшить соотношение между мощностью и быстродействием. Возможность работы SiC приборов при более высоких температурах позволит резко уменьшить габариты систем охлаждения и упростить их конструкцию. Все это позволит снизить массогабаритные показатели импульсных устройств и добиться улучшенных показателей по контролю за их параметрами, а это, в свою очередь, обеспечит создание более компактных схем с повышенными характеристиками по надежности.

Хорошая подвижность электронов в сочетании с возможной высокой концентрацией, и большая (на порядок) критическая напряженность электрического поля для SiC по сравнению с Si позволяют улучшить все характеристики приборов силовой электроники: быстродействие, предельные коммутируемые токи и напряжения, статические и динамические потери. Приборы силовой электроники на основе SiC позволяют радикально уменьшить габариты и массу преобразовательного оборудования, увеличить надежность работы за счет более высоких частот преобразования, более высокой температуры перехода и упрощенной системы охлаждения.

Области применения силовых приборов на основе карбида кремния:

Силовая ЭКБ на основе SiC применяется при конструировании следующих приборов:

• импульсные источники питания;

• высоковольтные корректоры коэффициента мощности (ККМ) с режимом непрерывного тока;

• источники бесперебойного питания (ИБП) и преобразователи для солнечных батарей;

• промышленный электропривод;

• высоковольтные умножители напряжения.

Высокая плотность тока, а также компактность и повышенные эксплуатационные значения позволяют использовать приборы на основе карбида кремния в различных областях науки и техники, начиная от:

• энергетики;

• автомобильной электроники (включая силовые установки гибридных и электрических автомобилей);

• преобразовательной и коммутационной техники;

• коммуникационных систем;

заканчивая такими требовательными к надежности отраслями как:

• нефтедобывающая промышленность;

• космическая, авиационная и военная техника.