Rapport de recherche spécial sur l'industrie du carbure de silicium: croissance des véhicules à énergies nouvelles et de l'industrie des moteurs photovoltaïques(1)

Rapport de recherche spécial sur l'industrie du carbure de silicium: croissance des véhicules à énergies nouvelles et de l'industrie des moteurs photovoltaïques(1)

1. Le SIC a d'excellentes caractéristiques électriques et devrait devenir l'un des matériaux semi-conducteurs les plus prometteurs

Le développement de matériaux semi-conducteurs a connu trois étapes. Les matériaux semi-conducteurs courants incluent le silicium (Et), germanium (Ge) et d'autres éléments semi-conducteurs et matériaux semi-conducteurs composés tels que l'arséniure de gallium (AsGa), carbure de silicium (SiC), nitrure de gallium (GaN). De la séquence temporelle de la recherche et de l'application à grande échelle, Les matériaux semi-conducteurs ci-dessus sont généralement divisés en trois générations de l'industrie.

Les matériaux semi-conducteurs de première génération sont largement utilisés depuis les années 1950, représenté par le silicium (Et) et germanium (Ge). La chaîne industrielle de ces matériaux est relativement mature, avec des réserves techniques complètes et des coûts de production faibles. Maintenant, Ils sont principalement utilisés dans les circuits intégrés à grande échelle, y compris à basse tension, basse fréquence, transistors et détecteurs à faible puissance.

Les matériaux semi-conducteurs à base de silicium sont actuellement la production la plus importante et les matériaux semi-conducteurs les plus utilisés, et plus que 90% des produits semi-conducteurs sont en matériaux à base de silicium.

Les matériaux semi-conducteurs de deuxième génération sont largement utilisés depuis les années 1990, représenté par l'arséniure de gallium (AsGa) et phosphure d'indium (InP). Avec le développement de l'industrie des semi-conducteurs, Le goulot d'étranglement physique du matériau en silicium émerge de plus en plus, et ses propriétés physiques limitent son application en optoélectronique et en dispositifs haute puissance à haute fréquence. Les matériaux semi-conducteurs de deuxième génération ont les caractéristiques de la bande interdite directe dans la structure physique.

Par rapport aux matériaux à base de silicium, Ils ont les avantages d'une bonne performance photoélectrique, fréquence de fonctionnement élevée, résistance à haute température et résistance au rayonnement. Ils conviennent à la fabrication à grande vitesse, haute fréquence, dispositifs électroniques à puissance et à la lumière. Ce sont d'excellents matériaux pour fabriquer un micro-ondes haute performance, Appareils d'ondes millimétriques et dispositifs d'émission de lumière, et sont largement utilisés dans les communications mobiles, communication par satellite, communications optiques, Navigation GPS et autres champs.

Le semi-conducteur de troisième génération est un semi-conducteur composé représenté par du nitrure de gallium (GaN) et en carbure de silicium (SiC). La largeur de bande interdite de ce type de matériau semi-conducteur est supérieure ou égale à 2,3EV, Il est donc également appelé matériel semi-conducteur large. Le semi-conducteur de troisième génération présente des avantages significatifs dans les paramètres clés tels que la largeur de bande interdite, champ électrique de panne, conductivité thermique, taux de saturation électronique, et résistance au rayonnement, répondre aux besoins de l'industrie moderne pour une grande puissance, haute tension, et haute fréquence.

Donc, Le semi-conducteur de troisième génération est principalement utilisé pour faire de la grande vitesse, haute fréquence, composants électroniques à puissance et à la lumière. Les applications en aval incluent la grille intelligente, véhicules à énergies nouvelles, puissance éolienne photovoltaïque, 5Communication G, etc..

Introduction aux matériaux SIC. SIC est une substance inorganique avec la formule chimique de la sic. Il est fait de sable de quartz, Coke de pétrole (ou Coke Coke), copeaux de bois (Le sel est nécessaire pour produire du sic vert) et autres matières premières en fondant dans un four de résistance à haute température.

Sic existe également dans la nature comme un minéral rare, mullite. Parmi c, N, B et autres matériaux réfractaires de haute technologie non oxyde, SIC est le plus largement utilisé et économique, qui peut être appelé émeri ou sable réfractaire. Le SIC devrait devenir l'un des matériaux les plus prometteurs dans le domaine des matériaux semi-conducteurs.

Par rapport aux appareils en silicium, Les dispositifs d'alimentation basés sur SIC ont des propriétés électriques telles qu'une résistance à haute tension, résistance à haute température et faible perte d'énergie, et sont l'un des matériaux semi-conducteurs les plus prometteurs. Les caractéristiques électriques supérieures du SIC comprennent les aspects suivants:

1 Résistance à haute tension. Comme la résistance au champ électrique de la rupture du sic est plus que 10 fois celui du silicium, L'appareil préparé avec SIC peut encore améliorer la capacité de tension de traitance, Fréquence de fonctionnement et densité de courant, et réduire considérablement la perte de conduction de l'appareil.

2 Résistance aux hautes températures. Plus la bande interdite est large, plus la température de fonctionnement limite de l'appareil sera élevée. Puisque la bande interdite de SIC est proche de trois fois celle du silicium, La température de fonctionnement limite du SIC sera significativement plus élevée que celle du silicium, qui peut atteindre plus de 600 ℃. En même temps, La conductivité thermique du SIC est supérieure à celle du silicium, qui aide à réduire les exigences du système de refroidissement et à rendre le terminal plus léger et plus petit.

3 Faible perte d'énergie. SIC a une vitesse de dérive d'électrons saturée deux fois celle du silicium. Par rapport au silicium, SIC a une très faible résistance et faible sur la perte; En même temps, Sic a presque 3 fois la bande interdite de la largeur du silicium, et le courant de fuite est considérablement réduit par rapport aux appareils en silicium, ce qui peut réduire davantage la perte de puissance; En outre, Les dispositifs SIC n'ont pas de queue actuelle pendant le processus de désactivation, Et la perte de commutation est faible, qui améliore considérablement la fréquence de commutation dans les applications pratiques.

En général, SIC a des propriétés supérieures telles qu'une résistance à haute pression, résistance à haute température et faible perte d'énergie, qui peut répondre aux nouvelles exigences de la technologie d'électronique de puissance à haute température, puissance élevée, haute tension, haute fréquence, Résistance aux rayonnements et autres conditions de travail dures, et devrait devenir l'un des matériaux les plus prometteurs dans le domaine des matériaux semi-conducteurs.