什么是带隙?
在传导和绝缘方面,材料中有两种类型的能带:导带和价带。为了使电子导电,它需要足够的能量来桥接价带和导带之间的带隙。导体材料具有重叠或具有非常小的带隙的导带和价带,而绝缘体具有极宽的间隙。
带隙是指价带顶部和导带底部之间的能量差。另一种表达方式是,带隙代表电子成功在价带和导带之间跳跃所需的能量。由于半导体既可以导电又可以绝缘,因此它们始终具有非零带隙,介于绝缘体和导体之间。
带隙代表能量,以eV(电子伏特,能量单位约等于1.602×10−19 J)为单位。SiC的带隙为3.26 eV,而Si的带隙为1.12 eV,GaAs(砷化镓)为1.42 eV。因此,SiC被称为具有宽带隙。
宽带隙的优势
宽带隙半导体材料(如SiC)与更传统的半导体材料(如Si)相比具有许多优势。考虑带隙随着温度升高而缩小的事实:如果我们从宽带隙开始,那么温度升高对功能的影响要小得多。由于SiC具有宽带隙,因此它可以在更高的温度下继续工作,通常高达400°C。
SiC也可以更有效地分配热量,通常无需风扇和散热器。当涉及到SiC设计时,系统将更加紧凑,表现出更高的效率,并且需要更小尺寸的磁性元件用于电源应用。这至少部分归功于SiC宽带隙直接带来的好处。
由 SiC 制成的组件比同类产品制成的组件更快、更小、更可靠。SiC 的宽带隙较宽,便于切换更大的电压。由宽带隙半导体(如 SiC)制成的组件也可以在明显更高的电压、功率水平和频率下工作。SiC 组件具有更高的工作速度,使用 SiC 制造的功率组件还可以提高 DC-DC、AC-DC 和 DC-AC 转换的效率。
宽带隙广,用途广泛
由于SiC比其他半导体材料(如Si或GaAs)具有更宽的带隙,因此它具有一些关键优势,包括能够处理更高的电压和功率,更高的工作温度,更快的开关,更好的效率和更小的外形尺寸。SiC 组件已被证明是具有挑战性的应用的理想选择,例如涉及混合动力和电动汽车、可再生能源、功率因数升压校正、不间断电源、石化行业的井下钻探等。
审核编辑:郭婷
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