何謂碳化矽﹙Silicon Carbide﹚

碳化矽、SiC﹙Silicon Carbide﹚是比較新的半導體材料。一開始

SiC的物性和特徴

SiC是由矽﹙Si﹚和碳﹙C﹚所構成的化合物半導體材料。結合力非常強，在熱量上、化學上、機械上皆很安定。SiC存在各種晶型（polytype），其物性値各有不同。功率元件方面，以4H-SiC最為適合。下表除了Si之外，亦與近年聽聞到的半導體材料做比較。

3吋4H-SiC晶片

表中的黄色閃亮部分是Si與SiC之比較。藍色則是參數，尤其在利用於功率元件時特別重要。如數値所示，SiC的這些參數極為優越。此外，有別於其他新材料，與Si同様可以在廣大範圍進行元件製造所必要的p型、n型控制也是特徵之一。因此，可望作為超越Si限界的功率元件用材料。

SiC功率元件的特徴

SiC由於絕緣破壊電場強度約比Si高出10倍，因此可以達到600V～數千V的高耐壓。此外，亦可將不純物濃度調整到比Si元件還高，而且可以將膜厚的漂移層﹙drift diffusion﹚變薄。高耐壓功率元件的阻抗成分幾乎皆為漂移層的阻抗，阻抗值與漂移層的厚度成正比而變高。SiC由於可以將漂移層變薄，因此可以製作每單位面積ON阻抗非常低的高耐壓元件。理論上若耐壓相同，則相較於Si可以將每面積漂移層阻抗降低為1/300。

Si 功率元件方面，為了改善伴隨高耐壓化所增加之ON阻抗，過去主要使用IGBT（Insulated-gate bipolar transistor，絕緣閘雙極性電晶體）等少數載子元件（雙極元件）。不過，由於開關損耗大故有發熱的問題，高頻率驅動則有界限。SiC方面，由於可以使蕭特基二極體或MOSFET等多數高速載子元件（carrier device）為高耐壓，因此可以同時達成在Si所權衡﹙trade-off﹚的「高耐壓」、「低ON阻抗」、「高速」。

此外，由於能隙（band gap）約為Si的3倍寬，故可以在比Si高的溫度下動作。雖然目前package的耐熱性條件保證為150℃～175℃，但若package技術進步的話可能有200℃以上的保証。

重點已經概括說明。這些對沒有物性或程序（process）基礎的人來說或許難了一點，不過請放心，即使無法理解一樣可以使用SiC功率元件。

產品介紹

• SiC功率元件
• Si 功率元件
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