SiC-碳化硅-功率半导体介绍.pdf
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c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialSiC功率半导体介绍功率半导体介绍c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ2作作为为功率半功率半导导体体SiCSiC的魅力,的魅力,优优点点与其他材料的与其他材料的对对比比半导体材料SiSiCGaN钻石能带隙(eV)1.123.263.425.47电子移动度(cm2/Vs)1350100015002000绝缘击穿电场(MV/cm)0.32.838饱和漂移速度(cm/s)1.0x1072.2x1072.4x1072.5x107热传导率(W/cmK)1.54.91.320直接迁移or间接迁移间接间接直接间接Johnson的性能指数14205804400Baliga的性能指数147085013000P型价电子控制N型价电子控制热酸化物性数据性能指数制作技术GaN的物性数据好(特别适合光学用途),作为功率器件用途时,器件的制作技术难点多,综合比较不如SiC。
钻石是终极半导体,有着凌驾SiC和GaN的出色的物性,不过,制作技术过程中有很多问题,现在暂时不考虑实用化。
c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ特性与特性与优势优势3反向恢复时间小,Rds(on)极小高频特性好耐高压温度特性好可以超高速开关,大大提高产品效率,减小散热设备体积可以实现设备小型化,(如电动汽车充电器)可在高压下稳定工作(高速列车,电力等)可在高温环境下稳定使用(电动汽车等)c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ【参考参考】PFC电电路路4ConfidentialIC+ICIC+PFC电路:
升压+直流化Main电路:
SW电源Main电路:
SW电源电压电流电压电流电压电流电压电流Main电路(SW电源)输入直流。
从AC(商用),电压/电流被整流后输入。
无无PFC电电路路有有PFC电电路路因为AC(商用)直接影响Main电路(SW电源)的开关,所以会发生高次谐波和电流顶峰的问题。
c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJPFC电电路路SiC-SBD的的优优点点5ConfidentialICIC+PFC电路:
升压+直流化Main电路:
SW电源电压电流电压电流Si-FRDvsSiC-SBD顺逆切换时的过渡电流大幅消减恢复损失1/10!
-80-40040801201602000100200300400時間nsec電流A-400-20002004006008001000電圧VDi電流Di電圧Si-FRD损失VISiC-SBD的使用可以的使用可以使使PFC电电路高速化。
路高速化。
使扼流使扼流线线圈小型化圈小型化。
-80-40040801201602000100200300400時間nsec電流A-400-20002004006008001000電圧VDi電流Di電圧SiC-SBDc2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJPFC电电路路SiC-SBD的的优优点点(EMI篇篇)6ConfidentialICIC+PFC电路:
升压+直流化Main电路:
SW电源电压电流Si-FRDvsSiC-SBD顺逆切换时的过渡电流大幅消减恢复损失1/10!
-80-40040801201602000100200300400時間nsec電流A-400-20002004006008001000電圧VDi電流Di電圧Si-FRD损失VI使用使用SiC-SBD可使可使PFC电电路的路的EMI变变小。
小。
-80-40040801201602000100200300400時間nsec電流A-400-20002004006008001000電圧VDi電流Di電圧SiC-SBD这个部分的di/dt与EMI关系。
电压EMI=Ldi/dt逆回复时间因为trr变小电压电压EMILdi/dt也也变变小小。
c2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidential701020304050607080901000100200300400效率()频率(kHz)SiSiCSBD具备优良的高频特性转换器的高频运作(200kHz驱动)实现电实现电抗器的小型化抗器的小型化现有的Si器件在10kHz时需要很大的电抗器,SiC器件可以高频驱动,实现电抗器的小型化SiCSiC在高在高频频下也工作下也工作120mm210mm50mm40mm使用使用Si功率半功率半导导体体时时:
重量:
重量21Kg使用使用SiC功率半功率半导导体体重量重量0.72kgc2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJPFC电电路路SiC-SBD的的优优点点8ConfidentialSiC-SBD优优点点IC+PFC电路:
升压+直流化通过使用SiC-SBD可使PFC电路高速化扼流流圈的小型化。
扼流线圈:
50-100kHz300kHz500kHz通过恢复损失的减低达到高速化运行部件的小型化低成本化工作频率-80-40040801201602000100200300400時間nsec電流A-400-20002004006008001000電圧VDi電流Di電圧SiC-SBDc2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJMotor电电路路SiC-SBD的的优优点点升压转换器逆变器顺逆切换时的过渡电流大幅消减恢复损失1/10!
Motor-80-40040801201602000100200300400時間nsec電流A-400-20002004006008001000電圧VDi電流Di電圧Si-FRD损失VI9Confidential-80-40040801201602000100200300400時間nsec電流A-400-20002004006008001000電圧VDi電流Di電圧SiC-SBDc2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ10ConfidentialSiCSiC-SBDSBD的的应应用效果用效果SiC-SBD超高速恢复不依靠输入电流可以高速!
不依靠温度可以高速!
恢复损失大幅减低(电源效率改善数%)发热量减低可使散热片小型化驱动频率上升,电感元件小型化可以做到小型轻量的电源恢复损失大幅减低(电源效率改善数%)与IGBT配何使用也能改善SW的损失发热量减低,散热片小型化PFC升压转换器的应用逆变器的应用c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ11SiCSiC功功率半率半导导体的推广方向体的推广方向SiC-IPMSiC功率模块SiC分立器件功率器件(SiC)逆变器转换器净化器空空调调其他家其他家电电电电气汽气汽车车EV/HEV太阳能太阳能发电发电UPS/电电源源电车电车产业产业机器机器c2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidential12SiC功率半导体(SiC-SBD)的市场情况2008年的份额信息YOLEDEVELOPPEMENT调查Infineon量量产产中中CREE(NihonInter)量量产产中中STMicro量量产产中中新日本无新日本无线线三菱三菱等等准准备备量量产产354810518330352384701002003004005006007008009002009201020112012201320142015SiC半導体市場(億円)2010年1月MorganStanley2009年度的SiC功率半导体市场的规模MorganStanley调查结果35亿日元/年YoleDevelopment调查结果22亿日元/年MarketingEye调查结果30亿日元/年关于FET的量产还没有仸何制造商有量产计划。
每家公司都在样品出货的阶段,ROHM已于2010年12月支持SiCMOSFET量产出货。
SIC功率半功率半导导体市体市场场(亿亿日元日元)c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ13SiCSiC基板的生基板的生产产情况情况ROHM的分公司Sicrystal的SiC基板在世界占有率排名第二SiCrystalAGGuenther-Scharowsky-Strasse1D-91058ErlangenGermany男性男性3737名、女性名、女性1919名名(平均(平均年年龄龄:
41.141.1岁岁)平均平均工作工作年数:
年数:
5.85.8年年Dr.Dr.1010名名0255075100200320042005200620072008Marketshare75%55%CreeSiCrystalThirdSuppliersc2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialSiC市场主要竞争情况概览14CreeInfineonSTROHM概况生产产品包括LED芯、LED灯、LED照明解决方案、功率器件、无线器件以及半导体材料。
SiC肖特基二极管于2009年推出第三代thinQ!
3G。
晶元需要向Cree等厂家采购。
由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成。
晶元需要向Cree等厂家采购。
全球唯一的具备SiC晶元生产能力的专业半导体厂家。
交期56个月56个月,受到SiC晶元厂家的制约。
受到SiC晶元厂家的制约。
3个月SiCSBD价格23USD/PCS23USD/PCSN/A价格灵活产品系列SBD有全系列产品,MOS未量产。
SBD有全系列产品,MOS未量产。
SBD产品线略有不足,MOS未量产SBD有全系列产品,MOS可提供样品,已量产,货期三个月以内。
c2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidential15与其它公司的SiC-SBD的特性比较SBD600V10A(顺方向特性)05101500.511.52FORWARDVOLTAGE:
VF(V)FORWARDCURRENT:
IF(A)2575125ROHM600V10AInfineon第第2代代IDT10S60C05101500.511.52FORWARDVOLTAGE:
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IF(A)2575125CREE第第2代代C3D10060AR
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- SiC 碳化硅 功率 半导体 介绍