هناك 8 أسباب تجعل ثنائيات كربيد السيليكون أفضل من ثنائيات السيليكون

1 - في نفس الجهد المقنن ، تشغل ثنائيات SiC مساحة أقل من Si

شدة مجال الانهيار العازل للكربيد الكربوني أعلى بحوالي 10 مرات من الأجهزة القائمة على السيليكون ، وعند جهد قطع معين ، تكون طبقة الانجراف من SiC أرق وتركيز المنشطات أعلى من الأجهزة القائمة على السيليكون ، لذا فإن مقاومة SiC أقل والموصلية أفضل.هذا يعني أنه ، عند نفس الجهد المقنن ، تكون شريحة SiC أصغر من مكافئ السيليكون.فائدة إضافية لاستخدام شريحة أصغر هي أن السعة المتأصلة والشحنة المرتبطة بالجهاز أقل بالنسبة لتيار معين والجهد المقنن.إلى جانب سرعة تشبع الإلكترون الأعلى من SiC ، يتيح ذلك سرعات تحويل أسرع وخسائر أقل من الأجهزة القائمة على Si.

2 - تتمتع الثنائيات iC بأداء أفضل في تبديد الحرارة

تبلغ الموصلية الحرارية لـ SiC حوالي 3.5 ضعف الأجهزة القائمة على Si ، لذلك فهي تبدد المزيد من الطاقة (الحرارة) لكل وحدة مساحة.في حين أن التغليف يمكن أن يكون عاملاً مقيدًا أثناء التشغيل المستمر ، فإن SiC يوفر ميزة هامش كبيرة ويساعد في تصميم التطبيقات المعرضة للأحداث الحرارية العابرة.بالإضافة إلى ذلك ، تعني مقاومة درجات الحرارة العالية أن ثنائيات SiC تتمتع بمتانة وموثوقية أعلى دون التعرض لخطر الانفلات الحراري.

3 - لا تحتوي ثنائيات SiC أحادية القطب على شحنة مخزنة تعمل على إبطاء وتقليل الكفاءة

ثنائيات SiC هي أجهزة Schott أحادية القطب لأشباه الموصلات حيث يمكن لغالبية ناقلات الشحن (الإلكترونات) فقط أن تحمل التيار.هذا يعني أنه عندما يكون الصمام الثنائي متحيزًا للأمام ، فإن طبقة استنفاد الوصلة لا تخزن أي شحنة تقريبًا.على النقيض من ذلك ، فإن ثنائيات السيليكون الوصلة PN عبارة عن ثنائيات ثنائية القطب وتخزين الشحنات التي يجب إزالتها أثناء التحيز العكسي.ينتج عن هذا ارتفاع تيار عكسي ، وبالتالي فإن الصمام الثنائي (وأي ترانزستورات تحويل ومخازن مؤقتة مرتبطة به) يكون له فقد طاقة أعلى ، بينما يزداد فقدان الطاقة مع تردد التبديل.تنتج ثنائيات SiC طفرات تيار عكسي عند انحياز عكسي بسبب تفريغها السعوي المتأصل ، لكن قممها لا تزال أقل من ثنائيات الوصلة PN ، مما يعني انخفاض استهلاك الطاقة لكل من الصمام الثنائي وترانزستور التحويل المقابل.

4 - انخفاض الجهد الأمامي وتيار التسرب العكسي لثنائيات SiC يتطابقان مع Si

إن الحد الأقصى لانخفاض الجهد الأمامي لثنائيات SiC يمكن مقارنته مع ثنائيات Si فائقة السرعة ولا يزال يتحسن (هناك اختلاف طفيف في معدلات جهد القطع الأعلى).على الرغم من كونه صمام ثنائي من نوع Schottky ، فإن تيار التسرب العكسي واستهلاك الطاقة الناتج من ثنائيات SiC عالية الجهد منخفضة نسبيًا عند التحيز العكسي ، على غرار ثنائيات Si متناهية الصغر عند نفس مستويات الجهد والتيار.نظرًا لأن الصمام الثنائي SiC ليس له تأثير استرداد الشحن العكسي ، فإن أي فرق صغير في الطاقة بين الصمام الثنائي SiC والصمام الثنائي Si متناهى الصغر بسبب انخفاض الجهد الأمامي وتغيرات تيار التسرب العكسي يكون أكثر من تعويض عن طريق تقليل الفقد الديناميكي لل SiC.

5 - تيار استرداد الصمام الثنائي SiC مستقر نسبيًا في نطاق درجة حرارة التشغيل ، مما قد يقلل من استهلاك الطاقة

يختلف وقت الاسترداد ووقت الاسترداد لثنائيات السيليكون بشكل كبير مع درجة الحرارة ، مما يزيد من صعوبة تحسين الدائرة ، ولكن هذا التغيير غير موجود في ثنائيات SiC.في بعض الدوائر ، مثل مرحلة تصحيح عامل القدرة "للمفتاح الصلب" ، يمكن أن يتحكم الصمام الثنائي السليكوني الذي يعمل كمقوم للدفع في الخسارة من التحيز الأمامي عند التيار العالي إلى التحيز العكسي لمدخل التيار المتردد أحادي الطور النموذجي (عادةً ما يكون حوالي 400V D حافلة الجهد).يمكن لخصائص ثنائيات SiC أن تحسن بشكل كبير من كفاءة هذه التطبيقات وتبسط اعتبارات التصميم لمصممي الأجهزة.

6 - يمكن توصيل ثنائيات SiC بالتوازي دون التعرض لخطر الانفلات الحراري

تتمتع ثنائيات SiC أيضًا بميزة على ثنائيات Si التي يمكن توصيلها بالتوازي لأن انخفاض الجهد الأمامي لها معامل درجة حرارة موجب (في المنطقة ذات الصلة بالتطبيق من المنحنى IV) ، مما يساعد على تصحيح جميع التدفقات الحالية غير المتكافئة.في المقابل ، عندما يتم توصيل الأجهزة بشكل متوازٍ ، يمكن أن يؤدي معامل درجة الحرارة السالب للديود SiP-N إلى هروب حراري ، مما يتطلب استخدام خفض كبير أو دوائر نشطة إضافية لإجبار الجهاز على تحقيق معادلة التيار.

7 - التوافق الكهرومغناطيسي (EMI) لثنائيات SiC أفضل من Si

ميزة أخرى لميزة التبديل الناعم لصمام ثنائي SiC هي أنها يمكن أن تقلل بشكل كبير من EMI.عند استخدام ثنائيات Si كمعدلات تبديل ، يمكن أن تؤدي الارتفاعات السريعة المحتملة في تيارات الاسترداد العكسي (وطيفها الواسع) إلى انبعاث التوصيل والإشعاع.تخلق هذه الانبعاثات تداخلًا في النظام (من خلال مسارات اقتران مختلفة) قد يتجاوز حدود EMI للنظام.عند هذه الترددات ، يمكن أن يكون الترشيح معقدًا بسبب هذا الاقتران الزائف.بالإضافة إلى ذلك ، فإن مرشحات EMI المصممة للتخفيف من تبديل الترددات الأساسية والترددات التوافقية المنخفضة (عادة أقل من 1 ميجا هرتز) عادةً ما يكون لها سعة متأصلة عالية نسبيًا ، مما يقلل من تأثير الترشيح عند الترددات الأعلى.يمكن استخدام المخازن المؤقتة في الثنائيات Si الاستعادة السريعة للحد من معدلات الحافة وقمع التذبذبات ، وبالتالي تقليل الضغط على الأجهزة الأخرى وتقليل EMI.ومع ذلك ، فإن المخزن المؤقت يبدد الكثير من الطاقة ، مما يقلل من كفاءة النظام.

8 - فقدان طاقة الاسترداد الأمامي للديود SiC أقل من فقد Si

في ثنائيات Si ، غالبًا ما يتم التغاضي عن مصدر فقد الطاقة للاسترداد الأمامي.أثناء الانتقال على الحالة من حالة الإيقاف ، يزداد انخفاض جهد الصمام الثنائي مؤقتًا ، مما يؤدي إلى التجاوز والرنين والخسائر الإضافية المرتبطة بموصلية تقاطع PN الأولية المنخفضة.ومع ذلك ، فإن ثنائيات SiC ليس لها هذا التأثير ، لذلك لا داعي للقلق بشأن خسائر الاسترداد المستقبلية.