SiC 功率元件

SiC(silicon carbide)

碳化矽（SiC）俗稱金剛砂，為矽與碳相鍵結而成的陶瓷狀化合物。碳化矽在大自然以莫桑石這種稀罕的礦物的形式存在。自1893年起碳化矽粉末被大量用作磨料。將碳化矽粉末燒結可得到堅硬的陶瓷狀碳化矽顆粒，並可將之用於諸如汽車剎車片、離合器和防彈背心等需要高耐用度的材料中，在諸如發光二極體、早期的無線電探測器之類的電子器件製造中也有使用。如今碳化矽被廣泛用於製造高溫、高壓半導體。通過Lely法能生長出大塊的碳化矽單晶。人造莫桑石的寶石就是通過切割由Lely法製備的大塊碳化矽單晶來獲得的。

SiC功率元件

相較於矽(Si)半導體，碳化矽(SiC)是一種更能實現小型化/低功耗與高效率目標的功率元件。此種材料能夠降低切換損耗，在高溫環境下仍具備絕佳的工作特性，因此很有機會成為新世代的低損耗元件。
Application Note for SiC Power Devices is here

• 近期最新產品

  BSM180D12P2C101 Half bridge module consisting of ROHM SiC-DMOSFETs.

• SiC蕭特基二極體 (39)

  因為Total Capacitive Charge(Qc)小、故可減少切換損失、亦可達到高速切換。 另外、Si材料FRB (Fast Recovery Diode)的trr會因溫度上升而增加、但SiC卻不受溫昇影響, 幾乎可維持在一定的特性。

• SiC MOSFET (5)

  原理上因為switching動作時沒有尾電流(tail current), 故可高速動作, 且降低切換損失。 Chip面積不需太大, 即可達成低導通電阻, 故可做到低電容量與低Gate charge。Si元件的導通阻抗會隨著溫度上升而增加2倍以上; SiC的導通阻抗增加量則相對較小, 對於產品的小型化與節能化有所貢獻。

• SiC電源模組 (2)

  完全以碳化矽(SiC)來架構內建的功率半導體元件，切換損耗更大大地低於矽製(Si) IGBT模組配備SiC-SBD、SiC-MOSFET，因此動作速度高於傳統的Si-IGBT，可達到100KHz以上之高頻動作。

  
  

  碳化矽(silicon carbide)優異物理化學特性與應用範圍

  
  

  在耐熱、耐高溫結構材料中，一般氧化物陶瓷(ex. 氧化鋁 Alumina oxide)及金屬材料沒辦法處於此種條件使用，但在非氧化物陶瓷中確可以辦得到，像是Si3N4氮化矽(silicon nitride)和SiC碳化矽(silicon carbide)在於汽化管道、熱電藕套管、燃燒器零件、高效能發動機、坩堝、耐火材料及熱交換器等都受到廣泛的應用。

  接下來介紹碳化矽(silicon carbide)

  碳化矽(silicon carbide)的硬度僅次於金剛石，這麼高性能材料製造方法有三種：1.反應燒結(reaction) 2.熱壓燒結(heat pressing) 3.常壓燒結(sintered)，如果以100%碳化矽粉(silicon carbide powder)燒杰接近理論密度(3.21g/cm3)，必須在2000°C以上高溫及350MPa以上高壓才可能達成，現今只需添加一些非氧化物助燒劑可使碳化矽(silicon carbide)燒成溫度降到2000°C左右及常壓附近，敝公司以此方法製造碳化矽(sintered silicon carbide)已可達到理論密度98%，因為這樣碳化矽(silicon carbide)擁有極強的共價鍵，在1650°C高溫下，還能保持期優異性能，因為極緻密結構密度與超高硬度，造就了碳化矽(silicon carbide)的高耐磨耗性，因為極緻密結構(低孔隙率)和極強共價鍵(化學惰性)造就了碳化矽(silicon carbide)高耐腐蝕性和高耐氧化性，即使在強酸強鹼中也能夠正常運作。
  
  碳化矽( sintered silicon carbide )熱交換器
  
  碳化矽( sintered silicon carbide )熱交換器與傳統金屬熱交換器有極大性質上差異，一般傳統金屬熱交換器使用溫度在1100℃左右，壽命只有一年，而碳化矽( silicon carbide )熱交換器大部分使用溫度在1300~1400℃，有些甚至可以達到使用溫度在於1800℃，使用壽命更長達十年，而且碳化矽熱交換器比傳統金屬熱交換器擁有更高的效能，所以碳化矽熱交換器擁有更高的使用溫度、能夠承受更嚴苛的環境、耐久性與使用壽命更長、擁有更高的效率使得可以更節能與生產力提升、並對於我們的環境改善有很大的幫助性。