碳化硅宽带隙的重要性

什么是带隙？

在传导和绝缘方面，材料中有两种类型的能带：导带和价带。为了使电子导电，它需要足够的能量来桥接价带和导带之间的带隙。导体材料具有重叠或具有非常小的带隙的导带和价带，而绝缘体具有极宽的间隙。

带隙是指价带顶部和导带底部之间的能量差。另一种表达方式是，带隙代表电子成功在价带和导带之间跳跃所需的能量。由于半导体既可以导电又可以绝缘，因此它们始终具有非零带隙，介于绝缘体和导体之间。

带隙代表能量，以eV（电子伏特，能量单位约等于1.602×10−19 J）为单位。SiC的带隙为3.26 eV，而Si的带隙为1.12 eV，GaAs（砷化镓）为1.42 eV。因此，SiC被称为具有宽带隙。

宽带隙的优势

宽带隙半导体材料（如SiC）与更传统的半导体材料（如Si）相比具有许多优势。考虑带隙随着温度升高而缩小的事实：如果我们从宽带隙开始，那么温度升高对功能的影响要小得多。由于SiC具有宽带隙，因此它可以在更高的温度下继续工作，通常高达400°C。

SiC也可以更有效地分配热量，通常无需风扇和散热器。当涉及到SiC设计时，系统将更加紧凑，表现出更高的效率，并且需要更小尺寸的磁性元件用于电源应用。这至少部分归功于SiC宽带隙直接带来的好处。

由 SiC 制成的组件比同类产品制成的组件更快、更小、更可靠。SiC 的宽带隙较宽，便于切换更大的电压。由宽带隙半导体（如 SiC）制成的组件也可以在明显更高的电压、功率水平和频率下工作。SiC 组件具有更高的工作速度，使用 SiC 制造的功率组件还可以提高 DC-DC、AC-DC 和 DC-AC 转换的效率。

宽带隙广，用途广泛

由于SiC比其他半导体材料（如Si或GaAs）具有更宽的带隙，因此它具有一些关键优势，包括能够处理更高的电压和功率，更高的工作温度，更快的开关，更好的效率和更小的外形尺寸。SiC 组件已被证明是具有挑战性的应用的理想选择，例如涉及混合动力和电动汽车、可再生能源、功率因数升压校正、不间断电源、石化行业的井下钻探等。

审核编辑：郭婷