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信息功能材料
第1页，本讲稿共15页
Contents
引言
SiC半导体材料的特性
现有的SiC器件
SiC器件在舰船上的应用
结束语
第2页信息功能材料
第1页，本讲稿共15页
Contents
引言
SiC半导体材料的特性
现有的SiC器件
SiC器件在舰船上的应用
结束语
第2页，本讲稿共15页
引言
SiC半导体材料具有宽禁带隙、高击穿电场、高热导率、高饱和电子迁移率，高耐辐照等特点，可以制成体积小、重量轻的器件。它在海军舰艇的高温、高频、大功率、光电子以及抗辐射器件等方面具有巨大的应用潜力。
随着舰船的全电力化进程，电力武器、通信、雷达的发展对发电、输送、贮存、转换和控制开关等使用的材料和器件提出了更高要求，传统使用的Si半导体材料及器件已经不能满足高电压、高频和高温条件下工作的需求，为适应上述工作环境，需要开展SiC半导体材料和器件的研究。
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SiC半导体材料的特性
性能
组织特点：由Si和C两种原子构成；基本结构单元为正四面体结构，大量的结构单元在顶角相连结合，即构成SiC晶体；有200多种同质异构体。
性能特征：SiC半导体材料具有宽禁带隙、高击穿电场、高热导率、高饱和电子迁移率，高耐辐照等特点，可以制成体积小、重量轻的器件。SiC是非常硬的物质，弹性模量为424 GPa，其硬度仅次于金刚石和碳化硼。SiC的熔点为2800℃()，其热稳定性很高。SiC具有很大的化学惰性。
第4页，本讲稿共15页
Reality
Identity
SiC与Si半导体材料的特性
SiC晶格类型举例
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现有的SiC器件
肖特基器件
单极型功率
器件
双极型功率
器件
SiC器件
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肖特基器件
普通肖特基器件开关频率高，正向压降低，但反向击穿电压比较低。
SiC肖特基二极管可以在一定程度上克服此缺点。Cree公司生产的产品性能：在1200V反向偏压下，25℃时漏电为50μA，200℃时的漏电流为100μA
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单极型功率器件
SiC门极绝缘型场效应晶体管具有低比导通电阻，高工作频率和高温工作稳定性，已制成SiC芯片大约是SiC导态电阻的1/30通态电压随温度变化稳定。
SiC面结型场效应晶体管已达到在500℃工作2000小时无衰减。
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双极型功率器件
1×1cm4H-SiC器件晶闸管，，其开关时间小于2000ns,比同类类型Si晶闸管速度快10倍以上。
12KVSiC绝缘栅双极晶体管转换效率高达85％
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SiC器件在舰船上的应用
SiC
航空母舰固态变电站上的应用
导弹驱逐舰综合电力系统上的应用
舰船雷达
上的应用
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航空母舰固态变电站上的应用
根据航空母舰配电系统的要求，已进行了SiC基固态变电站的研究。研究SiC器件为基的固态变电站可以实现下列效益：
1)减轻重量和减少体积；
2)改善和实现精确的电压调节，使电力效率提高20％；
3)实现快速故障检测、保护；
4)容易贮存能量并装有多个抽头的直流配电和输出。

采用新型数字式SiC基固态变电站后，转换电源的工作频率可从60 Hz提高到20 kHz，单台重量从6 T，体积从10 m3，输出方式由固定单项输出改善为多抽头输出，使其电能质量，可恢复性，重量、体积、模块和与电力系统的兼容性最佳化。
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导弹驱逐舰综合电力系统上的应用
EMPF公司将在海军DDG 1000综合电力系统内使用宽带隙半导体器件。
EMPF公司对SiC和Si饱和电流、电压、瞬态时间和功率消耗进行了比较。在大多数情况下建模结果揭示当用SiC器件代替Si器件时其性能得到很大改善。
在测试线路中用SiC VJFET代替Si IGBT，功率消耗改善25倍。SiC VJFET开关速度比Si I