宽禁带半导体(碳化硅/氮化镓)

宽禁带 (WBG) 半导体与传统半导体相比,差异明显,因为其具有更大的禁带。禁带是指半导体中价带顶部和导带底部之间的能量差。更大的距离使宽禁带半导体功率器件能够在更高的电压、温度和频率下工作。

在寻找下一代高效功率转换器开关时,氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 等宽禁带半导体材料正是理想之选。然而,与其他材料相比,每种材料都各具优势。例如,碳化硅功率半导体为 650V 起的应用提供了出色的阻断电压,而且电压越高优势越多。

迈向高能效世界的下一个重要步骤的关键在于使用这些新的宽禁带功率电子器件材料,从而实现更高的功效、更小的尺寸、更轻的重量、更低的总体成本--亦或是所有这些特点。

英飞凌可提供最为广泛的产品系列和技术组合,包括硅材料、碳化硅和氮化镓器件。作为在碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 技术开发方面拥有 20 多年历史的一流电源供应商,英飞凌科技可满足更智能、更高效的能源生产、传输和消费的需求。英飞凌专家了解降低系统复杂性所需的条件,从而降低中低功率和高功率系统的系统成本和规模。

宽禁带半导体的优势众多。例如,得益于基于宽禁带半导体电子器件的优势,更高的效率可实现更高的功率密度,同时还能减小尺寸和重量,从而降低整体系统成本。 

将宽禁带半导体器件用于功率电子器件,也有助于实现更高的工作开关频率。当以终极功率密度为目标时,这一点尤为重要。氮化镓宽禁带半导体具有较低的总栅极电荷和约 1.5V 的低电压阈值,即使在高频率下,栅极驱动功率也可以限制在毫瓦级。

宽禁带半导体产品解决方案

英飞凌用于功率电子器件解决方案的高效率宽禁带半导体器件属于革命性的进步。我们创新及革命性的技术实现了高性能的宽禁带半导体材料的开发,包括英飞凌 CoolSiC™。此外,我们的 CoolGaN™ 解决方案有分立和集成两种功率级可供选择。

与硅材料相比,碳化硅 (SiC) 具有 3 个电子伏特(eV)的宽禁带,以及更高的热导率。基于碳化硅的 MOSFET 最适合在高频率下工作的高击穿、高功率应用。与硅材料相比,碳化硅功率半导体器件的参数,如 RDS(on) ,随温度增高的幅度较小。便于设计人员在宽禁带功率电子器件的设计中,在更小的裕度内或在更高的温度下工作,从而增加额外的性能。英飞凌 CoolSiC™ 解决方案以成熟、高质量的批量制造为基础,将革命性的技术与基准的可靠性相结合--为我们的客户在现在和未来的成功提供了保障。>了解更多

与碳化硅相比,氮化镓具有更高的禁带(3.4 电子伏特)以及更高的电子迁移率。与硅(Si)材料相比,击穿场高十倍,电子迁移率增加了一倍。输出电荷和栅极电荷都比硅材料低十倍,而且反向恢复电荷几乎为零,这是高频操作的关键。氮化镓宽禁带半导体功率器件是现代谐振拓扑结构的首选技术,并且正在实现新方法,包括新的拓扑结构和电流调制。

英飞凌的氮化镓解决方案是基于市场上最稳健、性能最好的概念--增强模式 (e-mode) 概念,可提供快速的导通和关断速度。CoolGaN™ 氮化镓产品专注于高性能和稳健性,同时为许多宽禁带半导体应用的各种系统增添了重要价值,如服务器电信通信无线充电适配器充电器以及音频产品。CoolGaN™ 开关易于使用,便于设计,拥有英飞凌提供的单双通道、隔离和非隔离 EiceDRIVER™ 栅极驱动器 IC 的广泛产品系列。 了解更多

EiceDRIVER™ 碳化硅 MOSFET 栅极驱动器 IC 非常适用于驱动碳化硅 MOSFET,尤其是我们的超快速开关 CoolSiC™ 碳化硅 MOSFET。这些栅极驱动器集成了碳化硅驱动最为重要的关键特性和参数,如传播延迟精准匹配、精确的输入滤波器、宽范围的输出侧电源范围、负栅极电压能力、有源米勒钳位、退饱和 (DESAT) 和扩展的共模瞬态抗扰度 (CMTI) 能力。>了解更多 

宽禁带半导体器件为各种应用带来显著的功率效率。英飞凌的宽禁带半导体创新产品系列致力于解决最先进的电子器件,如消费应用的充电器和适配器、电动汽车充电、电信通信、开关电源、太阳能和工业应用的电池形成,以及用于汽车应用的车载充电和高压到低压 DC-DC 转换器。

凭借其高质量和高效率的产品,英飞凌是开发强大创新半导体技术并将其推向市场的全球领导者。我们极其紧凑和高效的设计可提供最广泛的产品系列和技术组合,包括基于硅(Si)材料、碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)的器件,可为客户提供满足其独特应用要求的最佳解决方案。

氮化镓、碳化硅以及硅材料半导体之间存在诸多差异。首先,氮化镓半导体目前的目标电压范围为 80V 至 650V,在最高开关频率下提供中等功率。氮化镓和碳化硅半导体在最大功率密度下具有非常高的效率,同时开关损耗都比硅基半导体低。

氮化镓与碳化硅功率电子器件半导体之间的差异在于,与氮化镓相比,碳化硅功率半导体具有卓越的栅极氧化物可靠性、出色的易用性,而且非常坚固,采用的是垂直晶体管概念,而氮化镓采用的则是横向晶体管概念。

氮化镓和碳化硅为应用解决方案领域带来了不同的优势。然而,材料优势取决于其应用。例如,碳化硅在高温高压应用中表现优异,如大功率串式逆变器。就高温能力而言,较低的温度系数和高阻断电压能力最能满足应用需求。

在终极功率密度方面,氮化镓更胜一筹。这在结构体积非常有限的应用中尤其如此,例如数据中心的开关电源,因为在特定的空间内,功率水平会增加。这种情况下,效率和高开关频率的结合将应用推向了其他技术难以企及的新水平。

视频资料

相关文件