如果想要說明白GaN、超級SI、SiC這三種MOS器件的用途區別,首先要做的是搞清楚這三種功率器件的特性,然后再根據材料特性分析具體應用。
從材料分類來講
第一代半導體材料主要是指硅(Si)、鍺元素(Ge)半導體材料。
第二代半導體材料主要是指化合物半導體材料(例如InP, GaAs等應用在射頻領域)。
第三代半導體材料主要以碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、氧化鋅(ZnO)、氮化鋁(AlN)等化合物材料為代表的寬禁帶半導體材料。
從工作特性來講
SI MOS適合在1KV 150KHz的開關頻率下工作;SI IGBT適合在650V--4KV,100KHz以內的開關頻率下工作;超級SI適合在1KV以內、300KHz以內,135°以內的開關頻率下工作。未來的方向超級硅MOS器件會逐漸的替代傳統硅MOS。
SiC適合工作在1KV以上,300KHz以內,175°以內的條件下,適合大功率電源設計。一般替代IGBT器件。
GaN適合工作在1KV以內,2MHz以內,150°以內的條件下,適合應用在幾千瓦以內的電源設計,一般用來替代200mR以上,300K以上工作條件下的SI-MOS。
從半導體功率器件替代發展方向來講
超級硅會逐漸替代650V以內、200mR以上內阻的部分SI MOS器件。多為150W以內的小型高功率密度電源。
SIC MOS主要替代IGBT單管。多用在6KW以上的高功率密度電源。
GaN主要替代1KV以內的功率MOS或者IGBT單管,實現高頻化、高功率密度的小體積電源設計。多用在6KW以內的高功率密度電源。
從應用方向來講
電源產品應用了第三代功率半導體之后,高頻化、小型化、高效化在電源行業逐漸變的可能。
Si和化合物半導體是兩種互補的材料,化合物的某些性能優點彌補了Si晶體的缺點,而Si晶體的生產工藝又明顯的有不可取代的優勢,且兩者在應用領域都有一定的局限性。
因此在半導體的應用上常常采用兼容手段將這二者兼容,取各自的優點,從而生產出符合更高要求的產品,如高可靠、高速度的國防軍事產品。因此第一、三代是一種長期共同的狀態。
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原文標題:芯課堂:GaN、超級SI、SiC三種材料的MOS應用區別
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