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5-6-4-2 sic transistores de conmutación de alta potencia

5. tecnología de carburo de silicio

5-6-4-2 sic transistores de conmutación de alta potencia

2018-01-08

tres interruptores de potencia de terminal que usan señales de accionamiento pequeñas para controlar grandes voltajes y corrientes (es decir, transistores de potencia) también son bloques de construcción críticos de circuitos de conversión de alta potencia. sin embargo, al momento de escribir esto, los transistores sic de alta potencia de conmutación todavía no están disponibles comercialmente para un uso beneficioso en los circuitos del sistema de potencia. como se resume en las referencias 134, 135, 172, 180 y 186-188, en los últimos años se han creado prototipos de una variedad de interruptores sic de tres terminales que mejoran.


la actual falta de transistores de conmutación de potencia sic comerciales se debe en gran parte a varias dificultades tecnológicas discutidas en otra parte de este capítulo. por ejemplo, todos los transistores semiconductores de alta potencia contienen uniones de campo alto responsables de bloquear el flujo de corriente en el estado desconectado. por lo tanto, las limitaciones de rendimiento impuestas por los defectos del cristal sic en los rectificadores de diodos (secciones 5.4.5 y 5.6.4.1) también se aplican a los transistores sic de alta potencia. además, el rendimiento y la confiabilidad de las puertas de efecto mos campo basadas en sic de inversión (es decir, mosfets, igbts, etc.) se han visto limitadas por las movilidades deficientes del canal de inversión y la confiabilidad cuestionable del aislante de compuertas descrita en la sección 5.5.5. para evitar estos problemas, las estructuras de dispositivo sic que no dependen de aisladores de compuerta de alta calidad, como el mesfet, jfet, bjt y el mosfet de canal de agotamiento, se han diseñado para su uso como transistores de conmutación de potencia. sin embargo, estas otras topologías de dispositivos imponen requisitos no estándar en el diseño del circuito del sistema de alimentación que los hacen poco atractivos en comparación con los mosfets e igbts del canal de inversión basados ​​en silicio. en particular, los mosts e igbts de potencia de silicio son extremadamente populares en los circuitos de alimentación principalmente porque sus unidades de compuerta están bien aisladas del canal de potencia conductora, requieren poca potencia de señal y los dispositivos están \"normalmente apagados\" porque no hay flujo de corriente cuando la puerta es imparcial a 0 v. el hecho de que la otra las topologías de dispositivos carecen de uno o más de estos aspectos altamente amigables con los circuitos, lo que ha contribuido a la incapacidad de los dispositivos basados ​​en sic para reemplazar de manera beneficiosa los mosfets e igbts basados ​​en silicio en aplicaciones de sistemas de energía.


como se discutió en la sección 5.5.5, es de esperar que las continuas mejoras sustanciales en la tecnología 4h-sic mosfet conduzcan pronto a la comercialización de moshts 4h-sic. mientras tanto, la conmutación de alto voltaje ventajosa al emparejar un sf jfet de alto voltaje con un mosfets de potencia de silicio de bajo voltaje en un paquete de módulo único parece estar acercándose a la comercialización práctica. se han creado prototipos de numerosos diseños para los canales de canales dopados sic (con canales tanto laterales como verticales), incluidos canales de depleción (es decir, canales enterrados o dopados) mosfets, jfets y mesfets. aunque algunos de estos han sido diseñados para estar \"normalmente desactivados\" con un sesgo cero de puerta aplicada, las características operativas de estos dispositivos no han ofrecido (al momento de este escrito) beneficios suficientes en relación con el costo para permitir la comercialización.


se han logrado recientemente mejoras sustanciales en la ganancia del prototipo 4h-sic power bjts, en gran parte cambiando el diseño del dispositivo para acomodarse a la recombinación de portadores minoritarios minoritarios indeseados que se produce en las regiones de contacto de base implantadas p. Igbts, tiristores, pares de darlington y otros derivados de dispositivos bipolares de silicio también han sido prototipados en sic. La activación de transistores ópticos, una técnica bastante útil en aplicaciones anteriores de dispositivos de silicio de alta potencia, también se ha demostrado para dispositivos sic bipolares. sin embargo, debido a que todos los transistores de potencia bipolares funcionan con al menos una unión pn que inyectan portadores minoritarios bajo polarización directa, la degradación bipolar inducida por defectos de cristal discutida para los rectificadores de unión pn (sección 5.6.4.1.2) también se aplica al rendimiento de los transistores bipolares. por lo tanto, la eliminación efectiva de las dislocaciones del plano basal de las epilayerías 4h-sic debe lograrse antes de que cualquier dispositivo de transistores bipolares de potencia sic pueda volverse lo suficientemente confiable para la comercialización. También se deberán resolver los problemas de óxido de mosto sic (sección 5.5.5) para realizar beneficiosos impuestos de alto voltaje sic. sin embargo, la conductividad del sustrato sic de tipo p relativamente pobre puede forzar el desarrollo de p-Igbts en lugar de las estructuras n-igbt que actualmente dominan en la tecnología del silicio.


a medida que se superen varios desafíos fundamentales de la tecnología de los dispositivos de potencia sic, una gama más amplia de transistores de potencia sic que aborden la especificación cada vez más amplia de la tensión, la corriente y la velocidad de conmutación permitirán nuevos circuitos del sistema de alimentación beneficiosos.

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