宽禁带半导体电力电子器件研发新进展.pdfVIP

第 卷第 期 电力电子技术 43 11 Vol.43 No.11 年 月 ， 2009 11 Power Electronics November 2009 宽禁带半导体电力电子器件研发新进展 陈治明 （西安理工大学，陕西 西安 710048） 理论和十余年的研发实践都已证明，碳化硅、氮化镓和 因而漏极电流只有200 mA。随着碳化硅晶体品质的提高和碳 金刚石等宽禁带半导体比硅更适合用来制造电力电子器件。 化硅MOS 工艺的日趋成熟，其10 kV 4H-SiC DMOS 的器件面 随着材料与器件工艺以及封装技术的逐渐完善，这些器件超 积在2008 年扩大到8.11×8.11 mm2 ，漏极电流10 A，电流密度 乎寻常的高阻断电压、低通态比电阻和比热阻、低开关损耗、 · -2[6]。该器件在 栅压下的通态比电阻为 · 2 ， 32A cm 20V 127mΩ cm 以及耐高温抗辐照等特点逐渐彰显于世，其开拓性的试用更 在零栅压下阻断 10 kV 电压的能力可一直维持到200 ℃ ，而 在现代电力电子技术领域产生了不小的震撼，使新型电力电 雪崩击穿实际发生在近 处，如图 中深色曲线所示。该 12 kV 1 子装置的开发有了更高的节能和环保目标。与使用硅器件的 器件的开关特性也非常好，其5 kV 测试电压下的关断时间仅 电力电子装置相比，使用宽禁带器件的装置因为散热条件的 有 ，是当前最高水平市售硅 （ ）关断时间的 140 ns IGBT 6.5 kV 。已使用无微管 英寸 晶片已将面积为 简化和无源元件的缩小而具有更大的功率密度。以混合动力 1/200 3 4H-SiC 8.11× 汽车的逆变器为例，美国能源部提出的研究目标是到2020 年 8.11 mm2 的10 kV 级功率MOS 的额定通态电流提高到20 A ， 要使其转换效率在成本低于 的前提下达到 ， 通态比电阻降低到 · 2 ，关断时间降低到 。 US$3.3/kW 98％ 91 mΩ cm 75 ns 而装置的质量功率密度要超过14.1 kW/kg，体积功率密度要 超过 13.