科技

可靠和成本优势

使用砷化镓科技能够实现和氮化硅和氮化镓相娉美的性能,但是只需要低很多的成本。

凭借独特和全面的GaAs专利技术,在600V至1700V的电压范围内能实现单芯片电流高达100A,用GaAs制造的PIN二极管、肖特基二极管、双极型晶体管和IGBT的频率可以大大高于硅元件。

3-5PE是第一家致力于开发高电压/大电流功率半导体工业化生产的公司,在砷化镓基板上生长砷化镓层使其成为可能。该工艺使得生产高质量功率半导体成为可能,其制造成本明显低于基于碳化硅器件。

砷化镓功率半导体可用于解决基于硅半导体系统的在高电压和大电流的开关操作和电能传输时效率不够高的问题,并且其可靠性也高很多。

虽然3-5PE的GaAs技术至今还没有在电力电子领域投入应用,但是根据开姆尼茨工业大学电力电子和电磁兼容实验室教授Josef Lutz博士的介绍,与Si、SiC和GaN:Si等半导体相比,砷化镓具有如下优点:

其中最重要的一个特性就是基于砷化镓的功率半导体具有很高的载流子迁移率,比硅高6-7倍,比碳化硅高10倍。对砷化镓PIN二极管和硅二极管,碳化硅肖特基二极管的进一步参数对比如下:

  Si SiC dWBG 结论
阻断电压 O ++ + 比硅好两倍
电子迁移率 + O ++ 比硅好六倍
耐热性 + + + 到 300°C
开关损耗 O ++ ++ 硅的七分之一
开关频率 O + + 比硅快7倍
产生的电磁干扰 ++ O ++ 可以和硅相对比

注释: O 表示当前水平,+和++分别表示好于和非常好于各自的参数标准。

砷化镓二极管还有个更加突出的特点就是和碳化硅相比正向压降低了0.5伏。此外,由于每平方毫米芯片面积的载流能力比硅和碳化硅高3倍左右,所以芯片面积明显小了很多。

如果将GaAs的芯片面积与Si和SiC的芯片面积进行比较,电压等级为600/650 V和1200 V时,可以得到如下分布:

砷化镓器件的优异性能

  • 砷化镓功率二极管的存储电荷只有硅二极管的七分之一
  • 砷化镓功率二极管在浪涌电压测试中能承受两倍的电流
  • 砷化镓二极管的势垒电容比碳化硅低五倍
  • 更小的芯片面积
  • 更低的缺陷密度
  • 更低的通态电阻

砷化镓科技的应用领域