寬帶隙 (WBG) 半導(dǎo)體極大地影響了使用它們的設(shè)備的可能性。材料的帶隙是指電子從半導(dǎo)體價帶的最高占據(jù)態(tài)移動到導(dǎo)帶的最低未占據(jù)態(tài)所需的能量。

常規(guī)硅具有 1.1-eV 的帶隙。然而，WBG 半導(dǎo)體，例如由碳化硅和氮化鎵制成的半導(dǎo)體，通常具有 2 到 3 倍的帶隙。

下面詳細了解為什么人們越來越有興趣為其項目選擇 SiC WBG 半導(dǎo)體。

理想的電熱特性

碳化硅半導(dǎo)體可以以更快的開關(guān)速度更好地處理更高的能量水平。更高的電熱導(dǎo)率意味著人們可以通過選擇 SiC 半導(dǎo)體來節(jié)省成本。這樣做可以讓他們縮小開關(guān)設(shè)計中常用的變壓器和電感器等組件的尺寸。

設(shè)備的熱導(dǎo)率與散熱的難易程度有關(guān)。由于 SiC 的導(dǎo)熱性比硅好得多，因此當優(yōu)先事項之一是防止設(shè)備過熱和發(fā)生故障時，它是一個不錯的選擇。相反，在過熱后冷卻具有低導(dǎo)熱率的半導(dǎo)體更加困難。這可能會導(dǎo)致性能質(zhì)量暫時下降。

另一個優(yōu)點是，與硅制成的半導(dǎo)體相比，SiC WBG 半導(dǎo)體可以在更高的溫度下安全運行。這使得它們成為必須在炎熱、惡劣的環(huán)境中工作而不會遭受性能損失的設(shè)備的理想選擇。

更好的能源效率

SiC WBG 半導(dǎo)體也可能比由硅制成的半導(dǎo)體更節(jié)能。原因之一是它減少了功率損失的情況。

人們還對將 SiC 半導(dǎo)體用于電動汽車 (EV) 充電器感興趣。最近的一項研究有助于說明這一點。它顯示出 13:1 的能源節(jié)約與投資于 SiC 芯片的增量功率比那些由硅制成的芯片。研究人員證實，這種顯著差異將促進更快的充電時間、更長的續(xù)航里程和更輕的充電電子設(shè)備。他們還指出，這些好處將使使用這種半導(dǎo)體技術(shù)的汽車更具可持續(xù)性和更長的使用壽命。

電動汽車行業(yè)的專業(yè)人士不斷尋找創(chuàng)新方法，以確保電動汽車車主有足夠的動力到達他們需要去的地方。一些舉措甚至涉及將充電器直接提供給需要它們的人。

像這樣的前瞻性選擇無疑是有用的。然而，如果讓汽車工作的內(nèi)部技術(shù)逐漸提高能源效率，那就更好了。人們應(yīng)該對將電動汽車作為主要交通工具并放棄使用化石燃料的交通工具更感興趣。

碳化硅半導(dǎo)體提供的更高能源效率也可能改變城市獲取電力的方式。與新加坡南洋理工大學(xué)相關(guān)的一個項目的重點是通過電網(wǎng)節(jié)省能源和成本，同時提高電網(wǎng)的彈性并減少碳足跡。該計劃的一部分涉及構(gòu)建一個包含 SiC 高頻雙向逆變器和轉(zhuǎn)換器的智能電網(wǎng)。研究人員認為，這將幫助他們實現(xiàn)許多目標并推動電網(wǎng)技術(shù)向前發(fā)展。

增強了對更小、更輕組件的適用性

當今的許多電子產(chǎn)品都在不斷推動以適應(yīng)更小、更輕的封裝。SiC 半導(dǎo)體的可用性滿足了這兩種需求。具有更緊湊的電力電子模塊的設(shè)備具有許多吸引制造商和消費者的優(yōu)勢。

減小設(shè)備內(nèi)部功率轉(zhuǎn)換設(shè)備的尺寸和重量可能會導(dǎo)致相關(guān)制造商的資本和運營經(jīng)驗減少。如果這些成本削減被轉(zhuǎn)移，想要這些設(shè)備的人會發(fā)現(xiàn)它們更實惠，并認為制造商具有競爭力。

人們還經(jīng)常提到 5G 網(wǎng)絡(luò)的進步將如何通過允許持續(xù)、更準確的患者監(jiān)測最終使人們更健康。已經(jīng)進行了關(guān)于將 SiC 半導(dǎo)體用于體內(nèi)使用的智能設(shè)備的研究。這表明它們提供的生物相容性使它們在使用過程中不太可能引起不需要的免疫反應(yīng)。應(yīng)用于深部組織癌癥治療的神經(jīng)植入物和設(shè)備的 SiC 納米技術(shù)是兩個新興的研究領(lǐng)域。

5G 討論的另一個常見話題是，它將如何為能夠順利融入人們生活、在后臺無縫工作的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開辟新機遇。碳化硅半導(dǎo)體將為這些改進鋪平道路，從而產(chǎn)生更時尚、更強大、高性能的機器。

有興趣了解 SiC WBG 半導(dǎo)體如何融入其利用 5G 革命的計劃的公司也將更容易獲得這些好處。Cree 和 Bosch 是最近宣布有意增加 SiC 半導(dǎo)體產(chǎn)量的幾個品牌。

碳化硅半導(dǎo)體帶來積極發(fā)展

本概述說明了為什么 SiC WBG 半導(dǎo)體具有如此多吸引人的特性，從而證明電子設(shè)計人員比以前更頻繁地選擇它們是合理的。幾十年來，硅半導(dǎo)體一直很好地服務(wù)于社會，但它們已無法滿足世界短期內(nèi)的需求。WBG 半導(dǎo)體，包括由 SiC 制成的半導(dǎo)體，將彌補不足。此外，隨著人們嘗試在更廣泛的應(yīng)用程序中使用它們，設(shè)計人員會對哪些項目可能需要使用它們感到更受啟發(fā)。

審核編輯：湯梓紅