SiC半導體
1. SiC材料的物性與特徵
SiC(碳化矽)係由矽(Si)與碳©所組成之化合物半導體材料。
絕緣破壞電場強度為Si的10倍、能隙為Si的3倍，不僅優異，
從製作元件需要之p型, n型控制可在廣泛的範圍內進行等特色來看，
做為超越Si極限的功率元件用材料備受期待。
SiC存在著各種同質多形體(結晶多形)，各有不同的物性值。
針對功率元件4H-SiC最為合適。

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)X106	0.3	3	0.4	3
Thermal Conductivity(W/cm℃)	1.5	4.9	0.5	1.3
Saturation Drift Velocity: vs(cm/s)X107	1	2.7	2	2.7
Relative Dielectric Constant: εS	11.8	9.7	12.8	9.5
p. n Control	○	○	○	△
Thermal Oxide	○	○	×	×

2. 做為功率元件所具備的特徴
從SiC的絕緣破壞電場強度與Si相比約10倍高而言， 600V～數千V的高耐壓功率元件相較於Si元件，
可製作高不純物濃度且薄膜厚的漂移層。
因為高耐壓功率元件的電阻抵抗成分幾乎都是此漂移層的電阻，
SiC則每單位面積的導通電阻非常低，可實現高耐壓元件。
理論上相同的耐壓相較於Si，可減低1/300面積的漂移層電阻。
Si為了改善高耐壓化所帶來的導通電阻增大，
主要採用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor : 絕緣閘雙極電晶體) 等少數載子元件(雙極元件)，
存在開關損耗大的問題，其結果由於產生發熱，高頻驅動受到限制。
SiC因為利用高速元件構造之多數載子元件(蕭特基二極體與MOSFET)可實現高耐壓，
可同時實現「高耐壓」、「低導通電阻」、「高速」。
而且由於能隙約為Si的3 倍寬，可實現即使高溫下也能動作之功率元件。

SiC-MOSFET
1 .元件構造與特徵
由於Si越是高耐壓的元件、每單位面積的導通電阻變高(以耐壓的約2～2.5倍增加)，
600V以上的電壓則主要使用IGBT(絕緣閘雙極電晶體)。
IGBT因為是傳導度調變，藉由注入少數載子之正孔於漂移層内，比MOSFET可降低導通電阻，
另一方面由於少數載子的累積，斷開時產生尾電流、成為巨大開關損耗的原因。
SiC由於漂移層的電阻比Si元件低，不須使用傳導度調變，可用高速元件構造之MOSFET以兼顧高耐壓與低電阻。
MOSFET由於在原理上不會產生尾電流，取代IGBT時，可實現開關損耗的大幅削減與冷卻器的小型化。
此外，藉由IGBT做不到的高頻驅動，也對被動元件的小型化有所貢獻。
即使相對於600V～900V的Si-MOSFET，
擁有晶片面積小與(可實裝在小型封裝上) 與內接二極體的回復損耗非常小等優點。
針對産業機器的電源與高效率電源調節器的變頻器・轉換器部等領域，應用不斷擴展中。


SiC 蕭特基二極體
1. 元件構造與特徵
SiC採用高速元件構造之SBD(蕭特基二極體)構造，可實現600V以上的高耐壓二極體(Si則SBD到200V左右)。
為此，藉由更換現在主流之高速PN接合二極體(FRD:快速回復二極體)可大幅削減回復損耗。
藉由電源的高效率化與高頻驅動，可使用較小的電感等被動元件、減低雜訊有所貢獻。
以功率因數電路(PFC電路) 與整流橋接為中心，
應用正擴展至空調、電源、太陽電池電源調節器、電動車急速充電器等領域。

 

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蕭特基 SBD		TO-220		TO-247		TO-252	TO-263	DFN
Reverse Voltage [V]	Continuous Forward Current [A]	TO-220A	ITO-220A	TO-247A	TO-247	TO-252	TO-263	DFN8x8
650	2	SCS265	SCS265F	SCS265P		SCS265D	SCS265B	SCS265D8
	4	SCS465	SCS465F			SCS465D	SCS465B	SCS465D8
	6	SCS665	SCS665F	SCS665P		SCS665D	SCS665B	SCS665D8
	8	SCS865	SCS865F	SCS865P		SCS865D	SCS865B	SCS865D8
	10	SCS1065	SCS1065F	SCS1065P		SCS1065D	SCS1065B	SCS1065D8
	12	SCS1265	SCS1265F			SCS1265D	SCS1265B	SCS1265D8
	16	SCS1665		SCS1665P	SCS1665PCT		SCS1665B
	20	SCS2065	SCS2065F	SCS2065P	SCS2065PCT	SCS2065D	SCS2065B
	40				SCS4065PCT
	50			SCS5065P
1200	2	SCS2120				SCS2120D	SCS2120B
	5	SCS5120		SCS5120P		SCS5120D	SCS5120B
	8	SCS8120				SCS8120D	SCS8120B
	10	SCS10120	SCS10120F	SCS10120P	SCS10120PCT	SCS10120D	SCS10120B
	12	SCS12120					SCS12120B
	15	SCS15120		SCS15120P
	20	SCS20120		SCS20120P	SCS20120PCT		SCS20120B
	40				SCS40120PCT
	50			SCS50120P
1700	5	SCS5170		SCS5170P		SCS5170D
	10	SCS10170		SCS10170P

 

MOSFET		TO-220		TO-247		TO-263
Drain-source Voltage [V]	Drain-source On-state Resistance(Typ.) [mΩ]	TO-220	ITO-220	TO-247	TO-247-4	TO-263-7
650	15			SCM15N65PCT	SCM15N65PS	SCM15N65B7
	20			SCM20N65PCT	SCM20N65PS	SCM20N65B7
	30			SCM30N65PCT	SCM30N65PS	SCM30N65B7
	60	SCM60N65CT		SCM60N65PCT	SCM60N65PS	SCM60N65B7
	80			SCM80N65PCT	SCM80N65PS	SCM80N65B7
	100	SCM100N65CT	SCM100N65FCT	SCM100N65PCT	SCM100N65PS	SCM100N65B7
1200	15			SCM15N120PCT	SCM15N120PS	SCM15N120B7
	20			SCM20N120PCT	SCM20N120PS	SCM20N120B7
	40			SCM40N120PCT	SCM40N120PS	SCM40N120B7
	60			SCM60N120PCT	SCM60N120PS	SCM60N120B7
	80			SCM80N120PCT	SCM80N120PS	SCM80N120B7
	100			SCM100N120PCT	SCM100N120PS	SCM100N120B7
	160			SCM160N120PCT	SCM160N120PS	SCM160N120B7
	220			SCM220N120PCT	SCM220N120PS	SCM220N120B7
	280			SCM280N120PCT	SCM280N120PS	SCM280N120B7
1700	45			SCM45N170PCT	SCM45N170PS
	80			SCM80N170PCT	SCM80N170PS
	1000	SCM1KN170CT		SCM1KN170PCT	SCM1KN170PS	SCM1KN170B7