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5-6-4 sic dispositivos de conmutación de alta potencia

5. tecnología de carburo de silicio

5-6-4 sic dispositivos de conmutación de alta potencia

2018-01-08

las propiedades materiales inherentes y la física básica detrás de los grandes beneficios teóricos de sic sobre silicio para dispositivos de conmutación de potencia se discutieron en la sección 5.3.2. de manera similar, se discutió en la sección 5.4.5 que los defectos cristalográficos encontrados en obleas sic y epilayers son actualmente un factor primario que limita la comercialización de dispositivos de conmutación de alta potencia sic útiles. esta sección se centra en los aspectos de desarrollo adicionales de los rectificadores de potencia sic y las tecnologías de transistores de conmutación de potencia.


la mayoría de los prototipos de dispositivos de potencia sic emplean topologías y características similares a sus contrapartes basadas en silicio tales como flujo vertical de alta corriente a través del sustrato para maximizar la corriente del dispositivo usando un área mínima de oblea (es decir, maximizar la densidad de corriente). a diferencia del silicio, sin embargo, la conductividad relativamente baja de los sustratos sic de tipo p actuales (sección 5.4.3) dicta que todas las estructuras de dispositivos de potencia sic verticales se implementen usando sustratos tipo n para lograr densidades de corriente vertical beneficiosamente altas . muchas de las compensaciones de diseño de dispositivos son aproximadamente paralelas a las conocidas compensaciones de dispositivos de potencia de silicio, excepto por el hecho de que los números de densidades de corriente, voltajes, densidades de potencia y velocidades de conmutación son mucho más altos en sic.


para que los dispositivos de potencia funcionen con éxito a altos voltajes, debe evitarse la rotura periférica debida al apiñamiento del campo eléctrico relacionado con los bordes mediante un diseño cuidadoso del dispositivo y una elección adecuada de los materiales dieléctricos aislantes / pasivantes. el voltaje pico de muchos prototipos de dispositivos sic de alto voltaje a menudo ha estado limitado por una falla destructiva relacionada con los bordes, especialmente en dispositivos sic capaces de bloquear múltiples kilovoltios. Además, la mayoría de las pruebas de muchos prototipos de dispositivos multikilovoltios han requerido que el dispositivo se sumerja en fluidos especializados de alta resistencia dieléctrica o atmósferas de gas para minimizar el daño del arco eléctrico y la descarga disruptiva de la superficie en las periferias del dispositivo. una variedad de metodologías de terminación de borde, muchas de las cuales fueron originalmente desarrolladas en dispositivos de alto voltaje de silicio, se han aplicado a prototipos de dispositivos de potencia sic con diversos grados de éxito, que incluyen dopantes adaptados y anillos de protección metálicos. los voltajes más altos y los campos eléctricos locales más altos de los dispositivos de energía sic pondrán mayores tensiones en el empaquetado y en los materiales aislantes de obleas, por lo que algunos de los materiales utilizados para aislar / pasivar dispositivos de alto voltaje de silicio pueden no ser suficientes para un uso confiable en sic dispositivos de voltaje, especialmente si esos dispositivos deben operarse a altas temperaturas.

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