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宽禁带半导体电力电子器件演示文稿 当前第1页\共有18页\编于星期日\22点 优选宽禁带半导体电力电子器件 当前第2页\共有18页\编于星期日\22点 主要内容 一、 国内外发展现状与趋势 二、 研究内容、拟解决的技术难点和创新点 三、 研究目标、技术指标 四、 研究方法、技术路线和可行性分析 五、 年度进展安排 当前第3页\共有18页\编于星期日\22点 宽禁带半导体材料优越的物理化学特性 表 1 几种SiC 多型体及其它常见半导体材料的性能比较 特征 Si GaAs 3C-SiC 4H-SiC 6H-SiC GaN 禁带宽度(eV) 1.12 1.43 2.4 3.26 3.0 3.4 相对介电常数 11.8 12.5 9.72 10 9.66 9.5 热导率(W/K·cm) 1.5 0.54 3.2 3.7 4.9 1.3 击穿电场(106 V/cm) 0.3 0.4 2.12 2.2 2.5 2.0 电子迁移率(cm2/s·V) 1500 8800 800 1000 400 1000 空穴迁移率(cm2/s·V) 425 400 40 115 100 200 最大电子饱和速度(107cm/s) 0.9 1.3 2.2 2 2 2.5 一、 国内外发展现状与趋势 当前第4页\共有18页\编于星期日\22点 器件产生的损耗减少 (导通电阻减至数分之一) 可高频工作 可在高温下工作 热导率约为Si的3倍 绝缘耐压约为Si的7~10倍 电子饱和速度约为Si的2倍以上 带隙约为Si的3倍 熔点约为Si的2倍 周边部件尺寸减小 冷却装置尺寸减小或省去 电力系统的精简 电力系统中电力损耗的减少 效果 与Si器件的优点 SiC功率器件与Si器件相比的优点 一、 国内外发展现状与趋势 当前第5页\共有18页\编于星期日\22点 表2 不同结构的SiC 电力电子器件的特点及研究现状 器件结构 特点 实验室研究最高水平及商业化状况 SiC 整 流 器 肖特基器件（SBD） 开关速度快 2003年，美国Rutgers大学报道了阻断电压超过10kV的4H-SiC的肖特基器件，比导通电阻为97.5 mΩ·cm2。 已商业化。 PIN器件 耐压高于肖特基器件，开关速度低于肖特基器件 2001年，利用结终端延伸技术，日本报道了耐压至 19.5kV 的 4H-SiC 的台面型 pin 二极管。 结势垒肖特基器件（JBS） 结合了pn结和肖特基结构的优点，耐压和开关速度介于两者之间 2007年美国的Cree公司研制了SiC 10 kV /20 A的结势垒肖特基二极管。 已有商业化样品。 SiC单极型开关 MOSFET 高速的开关性能、低导通电阻 2004 年，美国的Cree公司报道阻断电压高达10 kV，比导通电阻为123 mΩ·cm2的4H-SiC DMOSFET。 已有1200V /10、20 A的商业样品。 JFET 高速的开关性能 2004年，美国Rutgers大学报道击穿电压为11kV、比导通电阻为130mΩ·cm2的SiC-JFET器件。 已有1200V和1800V、15A～30A的商业样品。 SiC双极型开关 BJT 开关速度与MOSFET相当，驱动电路较MOSFET器件复杂 2004年，美国Rutgers大学报道击穿电压为9.2 kV，比导通电阻为33mΩ·cm2的的SiC BJT器件。 已有1200V/6、20A的商业样品。 IGBT 适合于中高压等级 2007年，Purdu大学研制了阻断电压高达20kV的SiC P-IGBT。 一、 国内外发展现状与趋势 当前第6页\共有18页\编于星期日\22点 电力电子器件的发展趋势： 一、 国内外发展现状与趋势 更大导通电流容量、更高阻断电压及更高功率容量； 低通态电阻和低通态压降； 更快的开关速度和更高的工作频率等方向发展。 当前第7页\共有18页\编于星期日\22点 3 研究内容 二、 研究内容、拟解决的技术难点 SiC电力电子器件的主要研究内容： （1）SiC电力电子器件的器件物理研究。 包括SiC高压二极管及SiC-MOSFET晶体管的材料结构设计，器件的耐压解析模型的建立，场板、场限环及结终端延伸等终端保护技术在器件上的应用与设计，完善宽禁带SiC功率器件结构优化设计理论等。 （2）SiC电力电子器件制备的关键技术研究。 包括SiC材料的欧姆接触、肖特基接触的研究，SiC离子注入及退火技术研究，SiC表面处理及高性能的氧化层制备技术研究，SiC材料的低损伤刻蚀技术研究，及其各关键工艺技术的整合等内容。 （3）器件的可靠性及失效机理研究。 包括SiC电力电子器件反向漏电流机理研究，高温下SiC材料的欧姆接触、肖特基接触、SiO2/SiC界面态、Si