碳化硅功率器件的研究和应用.pdfVIP

碳化硅功率器件的研究和应用--第1页

碳化硅功率器件的研究和应用

碳化硅功率器件的研究与应用

随着科学技术的不断进步，电子技术已经成为了当今社会的基

础设施之一，各种电器电子设备已经渐渐普及进我们的日常生活

中。而功率器件作为电子设备中的重要组成部分，其性能提升则

对电子设备发挥最大作用。碳化硅功率器件作为其中一种近年来

快速发展的新型器件，其具有高频、高温、高功率、低损耗等特

点，正逐渐成为了功率器件的发展引擎。

一、碳化硅功率器件的特点

碳化硅功率器件是指采用碳化硅材料制作的功率电子器件。碳

化硅作为一种半导体材料，具有高硬度、高熔点、高热导率以及

低热膨胀系数等优良的物理特性。而这些特性则使得碳化硅功率

器件具备了许多其他器件所不具备的特性。

1、高温性能杰出

碳化硅功率器件的研究和应用--第1页

碳化硅功率器件的研究和应用--第2页

碳化硅功率器件具有杰出的高温性能，能够在800°C左右的高

温环境下正常工作，而其它功率器件通常只能在200°C到300°C

的范围内才能工作。而在高温环境下，硅功率器件的尺寸会发生

膨胀，导致失效。而碳化硅材料的热膨胀非常小，不会对它的绝

缘层和接线造成影响。

2、高频响应速度快

碳化硅功率器件具有较高的截止频率，使得其可用于高频应用，

以及高速开关的需求。其开关速度大约是硅功率器件的2倍到5

倍，极大地提升了电子设备工作效率。

3、功耗低损耗小

碳化硅功率器件具有较小的开关损耗，使得其在高功率、高电

压条件下效率更高，能够提高电子设备的整体效率。

二、碳化硅功率器件的研究现状

碳化硅功率器件的研究和应用--第2页

碳化硅功率器件的研究和应用--第3页

碳化硅功率器件作为新型器件，其研究还处于起步阶段。在国

内，先后有许多高校、研究机构为碳化硅功率器件的研发做出了

突出的成果。

1、成都电子科技大学

成都电子科技大学的石罕研究组在碳化硅材料的制备和功率器

件的应用研究方面取得了很大进展。通过改变碳化硅器件的物理

结构以及优化工艺，大幅提升了其性能。其中，石罕研究组开发

了世界上首个1kV级别的基于碳化硅的MOSFET晶体管，建立

了国内第一个碳化硅功率器件研发平台，并在光伏、风电等领域

中的功率电子应用中取得了显著成果。

2、浙江大学

浙江大学的光电子与电力电子实验室则致力于碳化硅材料研究，

开展基础和应用研究，设计、制造和测试各类功率器件和功率电

子模块，主要研究碳化硅功率器件的电学性能、物理特性以及与

应用相关的问题。

碳化硅功率器件的研究和应用--第3页

碳化硅功率器件的研究和应用--第4页

目前，国内其他高校和研究机构所做硅化硅功率器件研究也非

常活跃，为该领域的研究提供了坚实的技术支撑。

三、碳化硅功率器件的应用

如前所述，碳化硅功率器件具有一系列的优势，在未来将会有

广阔的应用前景。目前，碳化硅功率器件主要应用于以下几个方

面：

1、新能源

碳化硅功率器件可高效转换电力，适用于其他电子器件难以处

理的高频、高电压、高温等复杂环境下，而新能源领域的逆变器、

光伏电站、风电、储能电池等设备较多地应用了碳化硅功率器件。

2、汽车领域

由于碳化硅功率器件的高效、高温、高频、抗辐射、低损耗等

优点，使其被广泛应用于汽车电子领域，如DC/DC转换器、电动

汽车电机控制器、快速充电器等。

碳