如果想要說明白GaN、超級(jí)SI、SiC這三種MOS器件的用途區(qū)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(jù)材料特性分析具體應(yīng)用。
從材料分類來講
第一代半導(dǎo)體材料主要是指硅(Si)、鍺元素(Ge)半導(dǎo)體材料。
第二代半導(dǎo)體材料主要是指化合物半導(dǎo)體材料(例如InP, GaAs等應(yīng)用在射頻領(lǐng)域)。
第三代半導(dǎo)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(dǎo)體材料。
從工作特性來講
SI MOS適合在1KV 150KHz的開關(guān)頻率下工作;SI IGBT適合在650V--4KV,100KHz以內(nèi)的開關(guān)頻率下工作;超級(jí)SI適合在1KV以內(nèi)、300KHz以內(nèi),135°以內(nèi)的開關(guān)頻率下工作。未來的方向超級(jí)硅MOS器件會(huì)逐漸的替代傳統(tǒng)硅MOS。
SiC適合工作在1KV以上,300KHz以內(nèi),175°以內(nèi)的條件下,適合大功率電源設(shè)計(jì)。一般替代IGBT器件。
GaN適合工作在1KV以內(nèi),2MHz以內(nèi),150°以內(nèi)的條件下,適合應(yīng)用在幾千瓦以內(nèi)的電源設(shè)計(jì),一般用來替代200mR以上,300K以上工作條件下的SI-MOS。
從半導(dǎo)體功率器件替代發(fā)展方向來講
超級(jí)硅會(huì)逐漸替代650V以內(nèi)、200mR以上內(nèi)阻的部分SI MOS器件。多為150W以內(nèi)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(nèi)的功率MOS或者IGBT單管,實(shí)現(xiàn)高頻化、高功率密度的小體積電源設(shè)計(jì)。多用在6KW以內(nèi)的高功率密度電源。
從應(yīng)用方向來講
電源產(chǎn)品應(yīng)用了第三代功率半導(dǎo)體之后,高頻化、小型化、高效化在電源行業(yè)逐漸變的可能。
Si和化合物半導(dǎo)體是兩種互補(bǔ)的材料,化合物的某些性能優(yōu)點(diǎn)彌補(bǔ)了Si晶體的缺點(diǎn),而Si晶體的生產(chǎn)工藝又明顯的有不可取代的優(yōu)勢,且兩者在應(yīng)用領(lǐng)域都有一定的局限性。
因此在半導(dǎo)體的應(yīng)用上常常采用兼容手段將這二者兼容,取各自的優(yōu)點(diǎn),從而生產(chǎn)出符合更高要求的產(chǎn)品,如高可靠、高速度的國防軍事產(chǎn)品。因此第一、三代是一種長期共同的狀態(tài)。
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原文標(biāo)題:芯課堂:GaN、超級(jí)SI、SiC三種材料的MOS應(yīng)用區(qū)別
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