碳化硅(SiC)是一种宽带隙半导体,其带隙宽度为3.26eV,远高于硅(Si)的带隙宽度(=1.12eV)。SiC具有较高的击穿电场和较高的热导率,这是由于它具有较低的晶格常数(即较短的原子间距离)从而具有较高的原子键。
特性 | 单位 | Si | 4H-SiC |
---|---|---|---|
带隙 | eV | 1.12 | 3.26 |
电子迁移率,μe | cm2/Vs | 1400 | 1000/1200 |
空穴迁移率,μh | 600 | 120 | |
击穿电场,Ec | V/cm | 3.0×105 | 2.8×106 |
热导率,λ | W/cmK | 1.5 | 4.9 |
饱和电子漂移速度,Vsat | cm/s |
1.0×107 | 2.2×107 |
相对介电常数,ε | 11.8 | 9.7/10.2 |
当具有传统结构的SBD反向偏压时,耗尽区将延伸到半导体中,如下所示。由击穿电场和耗尽区宽度形成的三角形区域代表SBD耐受电压。耗尽区深度与掺杂浓度成反比。提高掺杂浓度有助于降低硅的电阻,从而降低SBD正向电压(VF),但要牺牲耐受电压(即三角形区域)。碳化硅的击穿电场几乎是硅的10倍。因此,如下图所示,即使SiC SBD是重掺杂的,也可以增加SiC SBD相对于Si SBD的耐受电压(即三角形区域)。
此外,由于耗尽层因较高浓度而拉伸较小,因此芯片的厚度将小于采用Si的情况。半导体(Si或SiC)的厚度可以看作是正向的串联电阻,因此可以通过减小厚度来提高正向电压。
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