碳化硅电子器件发展分析.docxVIP

.. 碳化硅电力电子器件的发展现状分析 目 录 TOC \o 1-3 \h \z \u HYPERLINK \l _Toc459990499 1. SiC器件的材料与制造工艺 PAGEREF _Toc459990499 \h 2 HYPERLINK \l _Toc459990500 1.1 SiC单晶 PAGEREF _Toc459990500 \h 2 HYPERLINK \l _Toc459990501 1.2 SiC外延 PAGEREF _Toc459990501 \h 3 HYPERLINK \l _Toc459990502 1.3 SiC器件工艺 PAGEREF _Toc459990502 \h 4 HYPERLINK \l _Toc459990503 2. SiC二极管实现产业化 PAGEREF _Toc459990503 \h 5 HYPERLINK \l _Toc459990504 3. SiC JFET器件的产业化发展 PAGEREF _Toc459990504 \h 6 HYPERLINK \l _Toc459990505 4. SiC MOSFET器件实用化取得突破 PAGEREF _Toc459990505 \h 7 HYPERLINK \l _Toc459990506 5. SiC IGBT器件 PAGEREF _Toc459990506 \h 8 HYPERLINK \l _Toc459990507 6. SiC功率双极器件 PAGEREF _Toc459990507 \h 9 HYPERLINK \l _Toc459990508 7. SiC 功率模块 PAGEREF _Toc459990508 \h 10 HYPERLINK \l _Toc459990509 8. 国内的发展现状 PAGEREF _Toc459990509 \h 11 HYPERLINK \l _Toc459990510 9. SiC电力电子器件面对的挑战 PAGEREF _Toc459990510 \h 11 HYPERLINK \l _Toc459990511 9.1 芯片制造成本过高 PAGEREF _Toc459990511 \h 11 HYPERLINK \l _Toc459990512 9.2 材料缺陷多，单个芯片电流小 PAGEREF _Toc459990512 \h 12 HYPERLINK \l _Toc459990513 9.3 器件封装材料与技术有待提高 PAGEREF _Toc459990513 \h 12 HYPERLINK \l _Toc459990514 10. 小结 PAGEREF _Toc459990514 \h 12  在过去的十五到二十年中，碳化硅电力电子器件领域取得了令人瞩目的成就，所研发的碳化硅器件的性能指标远超当前硅基器件，并且成功实现了部分碳化硅器件的产业化，在一些重要的能源领域开始逐步取代硅基电力电子器件，并初步展现出其巨大的潜力。碳化硅电力电子器件的持续进步将对电力电子技术领域的发展起到革命性的推动作用。随着SiC单晶和外延材料技术的进步，各种类型的SiC器件被开发出来。SiC器件主要包括二极管和开关管。SiC二极管主要包括肖特基势垒二极管及其新型结构和PiN型二极管。SiC开关管的种类较多，具有代表性的开关管有金属氧化物半导体场效应开关管（MOSFET）、结型场效应开关管（JFET）、绝缘栅双极开关管（IGBT）三种。 SiC器件的材料与制造工艺 1.1 SiC单晶 碳化硅早在1842年就被发现了，但直到1955年，飞利浦（荷兰）实验室的Lely才开发出生长高品质碳化硅晶体材料的方法。到了1987年，商业化生产的SiC衬底进入市场，进入21世纪后，SiC衬底的商业应用才算全面铺开。碳化硅分为立方相（闪锌矿结构）、六方相（纤锌矿结构）和菱方相3大类共260多种结构，目前只有六方相中的4H-SiC、6H-SiC才有商业价值，美国科锐（Cree）等公司已经批量生产这类衬底。立方相（3C-SiC）还不能获得有商业价值的成品。 SiC单晶生长经历了3个阶段, 即Acheson法、Lely法、改良Lely法。利用SiC高温升华分解这一特性，可采用升华法即Lely法来生长SiC晶体。升华法是目前商业生产SiC单晶最常用的方法，它是把SiC粉料放在石墨坩埚和多孔石墨管之间，在惰性气体（氩气）环境温度为2 500℃的条件下进行升华生长，可以生成片状SiC晶体。由于Lely法为自发成核生长方法，不容易控制所生长SiC晶体的晶型，且得到的晶体尺寸很小，后来又出现了改良的Lely法。改良的Lely法也被称为采用籽晶的升华法或物理气