Vorteile und Nachteile der elektrischen Leistung von Siliziumkarbid-Leistungsbauelementen

Vorteile:

1. Hohe Spannungsfestigkeit: Das kritische elektrische Durchschlagsfeld beträgt bis zu 2 MV/cm (4H-SiC), daher weist es eine höhere Spannungsfestigkeit auf (10-mal so hoch wie Si).

2. Einfache Wärmeableitung: Aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit von SiC-Materialien (dreimal so hoch wie bei Si) ist die Wärmeableitung einfacher und das Gerät kann bei höheren Umgebungstemperaturen betrieben werden. Theoretisch können SiC-Leistungsgeräte bei einer Sperrschichttemperatur von 175 Grad betrieben werden, sodass die Größe des Kühlkörpers erheblich reduziert werden kann.

3. Geringe Leitungsverluste und Schaltverluste: SiC-Material hat die doppelte Elektronensättigungsgeschwindigkeit von Si, wodurch SiC-Geräte einen sehr geringen Einschaltwiderstand (1/100 in Si) und geringe Leitungsverluste aufweisen; SiC-Material hat die dreifache Bandbreite von Si, der Leckstrom ist im Vergleich zu Si-Geräten um mehrere Größenordnungen geringer, was den Leistungsverlust des Leistungsgeräts verringern kann; es gibt kein Stromschleppenphänomen beim Ausschaltvorgang, geringe Schaltverluste, was den Leistungsverlust des Leistungsgeräts verringern kann; es gibt kein Stromschleppenphänomen beim Ausschaltvorgang, geringe Schaltverluste. Es gibt kein Stromschleppen beim Ausschalten, geringe Schaltverluste und die Schaltfrequenz kann für praktische Anwendungen stark erhöht werden (10-mal so hoch wie bei Si).

4. Die Größe des Leistungsmoduls kann reduziert werden: Aufgrund der hohen Stromdichte des Geräts (z. B. bis zu 700 A/cm bei Infineon-Produkten) ist die Paketgröße von reinen SiC-Leistungsmodulen (SiC-MOSFETs/SiC-SBD) bei gleichem Leistungsniveau erheblich kleiner als die von Si-IGBT-Leistungsmodulen.

Hauptnachteil: Der Hauptnachteil der Schottky-Diode ist der relativ hohe Sperrstrom. Aufgrund ihrer Metall-Halbleiter-Verbindung ist sie anfälliger für Leckströme, wenn die Spannung in Sperrrichtung angelegt wird. Darüber hinaus neigen Schottky-Dioden dazu, eine niedrige maximale Sperrspannung zu haben. Ihr Maximalwert liegt in der Regel bei 50 V oder weniger. Bedenken Sie, dass die Sperrspannung der Wert ist, bei dem die Diode durchschlägt und beginnt, eine große Strommenge zu leiten, wenn die Spannung in Sperrrichtung angelegt wird (von der Kathode zur Anode). Dies bedeutet, dass eine Schottky-Diode einer großen Sperrspannung nicht standhalten kann, ohne durchzuschlagen und eine große Strommenge zu leiten. Sie wird noch immer eine kleine Strommenge lecken, bevor sie ihren maximalen Sperrwert erreicht.

Dies kann je nach Anwendung und Einsatz der Schaltung von Bedeutung oder unbedeutend sein.