2021年7月份電源網(wǎng)線下會議--廈門站中，廈門大學(xué)張峰老師的《寬禁帶半導(dǎo)體SiC功率器件研究進(jìn)展》讓我學(xué)到了不少，主要從戰(zhàn)略意義、研究以及應(yīng)用方面進(jìn)行了討論，張峰老師在會議上給出了一組數(shù)據(jù)。
從數(shù)據(jù)匯總可以看出來近幾年寬禁帶半導(dǎo)體的發(fā)展非常迅猛，也使我不得不意識到寬禁帶半導(dǎo)體在電源中的應(yīng)用也是如火如荼。聽完講座，我也在課后對該知識進(jìn)行了學(xué)習(xí)和補充，和大家分享一下。
新興的寬帶隙 (WBG) 碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 功率器件在電力電子領(lǐng)域越來越受歡迎，并且有可能顯著提高功率轉(zhuǎn)換器的效率和功率密度。在電力電子效率方面，功率密度和擁有成本決定了產(chǎn)品質(zhì)量。 這三個主要參數(shù)根據(jù)應(yīng)用分別加權(quán)（圖 1）。
圖1
當(dāng)今電力電子領(lǐng)域的首要任務(wù)是提高效率并節(jié)省能源和材料。能源之星、80 Plus 和小盒子挑戰(zhàn)等政府法規(guī)和行業(yè)計劃為電源設(shè)計人員設(shè)定了具有挑戰(zhàn)性的目標(biāo) [1]、[2]、[3]。與硅相比，基于 SiC 和 GaN 的功率器件有望在工業(yè)、電信和數(shù)據(jù)通信、可再生能源和運輸?shù)裙β蕬?yīng)用中實現(xiàn)突破性改進(jìn)。
1. EnergyStar homepage
2. 80 PLUS Certified Power Supplies and Manufacturers website
3. Little box challenge website
如表 1 所示，WBG 功率器件，特別是 GaN 和 SiC，具有物理參數(shù)的組合，使它們比硅更適合功率器件。
表1 硅、氮化鎵和碳化硅的物理特性。
更高的擊穿電壓 (Vbr) 和更寬的帶隙 (Eg) 決定了比導(dǎo)通電阻 (Ronspi) 的理論極限低得多。 公式 確定了硅和 SiC 的特定 Ronspi； 公式 2 確定了 GaN 的特定 Ronspi：
使用等式 1 和 2 以及表 1 中的物理特性，圖 2 顯示了 Vbr 圖上的 Ronspi 限制。
圖2 硅（黑色）、SiC（藍(lán)色）和 GaN（紅色）的 Vbr 的理論 Ronspi 限制。
在 400-V Vbr 下，GaN 特定的導(dǎo)通電阻比硅低 2,000 倍，比 SiC 低 6 倍。 當(dāng)然，這些都是理論上的限制； 工藝和技術(shù)成熟需要時間，直到實際商業(yè)產(chǎn)品達(dá)到接近這些極限的性能。 但這很好地說明了 SiC 和 GaN 基功率器件的潛力。