SiC的物性和特征

SiC（碳化硅）是一种由Si（硅）和C（碳）构成的化合物半导体材料。

不仅绝缘击穿场强是Si的10倍，带隙是Si的3倍，而且在器件制作时可以在较宽范围内控制必要的p型、n型，所以被认为是一种超越Si极限的功率器件材料。

SiC中存在各种多型体（结晶多系），它们的物性值也各不相同。

用于功率器件制作，4H-SiC最为合适。

 

Properties	Si	4H-SiC	GaAs	GaN
Crystal Structure	Diamond	Hexagonal	Zincblende	Hexagonal
Energy Gap: EG(eV)	1.12	3.26	1.43	3.5
Electron Mobility: μN(cm2/VS)	1400	900	8500	1250
Hole Mobility: μP(cm2)	600	100	400	200
Breakdown Field: EB(V/cm)×106	0.3	3	0.4	3
Thermal Conductivity (W/cm°C)	1.5	4.9	0.5	1.3
Saturation Drift Velocity: VS(cm/s)×107	1	2.7	2	2.7
Relative Dielectric Constant: εS	11.8	9.7	12.8	9.5
p. n Control	○	○	○	△
Thermal Oxide	○	○	×	×

 

功率器件的特征

SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍，因此与Si器件相比，能够以具有更高的杂质浓度和更薄的厚度的漂移层作出600V～数千V的高耐压功率器件。

高耐压功率器件的阻抗主要由该漂移层的阻抗组成，因此采用SiC可以得到单位面积导通电阻非常低的高耐压器件。

理论上，相同耐压的器件，SiC的单位面积的漂移层阻抗可以降低到Si的1/300。

而Si材料中，为了改善伴随高耐压化而引起的导通电阻增大的问题，主要采用如IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor ： 绝缘栅极双极型晶体管）等少数载流子器件（双极型器件），但是却存在开关损耗大 的问题，其结果是由此产生的发热会限制IGBT的高频驱动。

SiC材料却能够以高频器件结构的多数载流子器件（肖特基势垒二极管和MOSFET）去实现高耐压，从而同时实现 “高耐压”、“低导通电阻”、“高频” 这三个特性。

另外，带隙较宽，是Si的3倍，因此SiC功率器件即使在高温下也可以稳定工作。