ROHM-SiC-碳化硅-功率半导体介绍

c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialSiC功率半导体介绍c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ2作为功率半导体SiC的魅力，优点与其他材料的对比半导体材料SiSiCGaN钻石能带隙(eV)1.123.263.425.47电子移动度(cm2/Vs)1350100015002000绝缘击穿电场(MV/cm)0.32.838饱和漂移速度(cm/s)1.0x1072.2x1072.4x1072.5x107热传导率(W/cmK)1.54.91.320直接迁移or间接迁移间接间接直接间接Johnson的性能指数14205804400Baliga的性能指数147085013000P型价电子控制○○△○N型价电子控制○○○×热酸化○○××物性数据性能指数制作技术GaN的物性数据好(特别适合光学用途)，作为功率器件用途时，器件的制作技术难点多，综合比较不如SiC。钻石是终极半导体，有着凌驾SiC和GaN的出色的物性,不过，制作技术过程中有很多问题，现在暂时不考虑实用化。c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ特性与优势3反向恢复时间小,Rds(on)极小高频特性好耐高压温度特性好可以超高速开关，大大提高产品效率，减小散热设备体积可以实现设备小型化，（如电动汽车充电器）可在高压下稳定工作（高速列车，电力等）可在高温环境下稳定使用（电动汽车等）c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ【参考】PFC电路4ConfidentialIC+ICIC+PFC电路：升压+直流化Main电路：SW电源Main电路：SW电源电压电流电压电流电压电流电压电流Main电路(SW电源)输入直流。从AC(商用)，电压/电流被整流后输入。・无PFC电路・有PFC电路因为AC(商用)直接影响Main电路(SW电源)的开关，所以会发生高次谐波和电流顶峰的问题。c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJPFC电路SiC-SBD的优点5ConfidentialICIC+PFC电路：升压+直流化Main电路：SW电源电压电流电压电流・Si-FRDvsSiC-SBD顺⇒逆切换时的过渡电流大幅消减恢复损失1/10！-80-40040801201602000100200300400時間[nsec]電流[A]-400-20002004006008001000電圧[V]Di電流Di電圧Si-FRD损失VISiC-SBD的使用可以使PFC电路高速化。⇒使扼流线圈小型化。-80-40040801201602000100200300400時間[nsec]電流[A]-400-20002004006008001000電圧[V]Di電流Di電圧SiC-SBDc2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJPFC电路SiC-SBD的优点(EMI篇）6ConfidentialICIC+PFC电路：升压+直流化Main电路：SW电源电压电流・Si-FRDvsSiC-SBD顺⇒逆切换时的过渡电流大幅消减恢复损失1/10！-80-40040801201602000100200300400時間[nsec]電流[A]-400-20002004006008001000電圧[V]Di電流Di電圧Si-FRD损失VI使用SiC-SBD可使PFC电路的EMI变小。-80-40040801201602000100200300400時間[nsec]電流[A]-400-20002004006008001000電圧[V]Di電流Di電圧SiC-SBD这个部分的di/dt与EMI关系。电压EMI=L×di/dt逆回复时间因为trr变小电压EMI＝L×di/dt也变小。c2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidential701020304050607080901000100200300400效率（％）频率（kHz)SiSiCSBD具备优良的高频特性转换器的高频运作（200kHz驱动）实现电抗器的小型化现有的Si器件在10kHz时需要很大的电抗器,SiC器件可以高频驱动，实现电抗器的小型化SiCSiC在高频下也工作120mm210mm50mm40mm使用Si功率半导体时：重量21Kg使用SiC功率半导体重量0.72kgc2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJPFC电路SiC-SBD的优点8ConfidentialSiC-SBD优点IC+PFC电路：升压+直流化通过使用SiC-SBD可使PFC电路高速化→扼流流圈的小型化。扼流线圈：50-100kHz300kHz500kHz通过恢复损失的减低达到高速化运行→部件的小型化·低成本化工作频率-80-40040801201602000100200300400時間[nsec]電流[A]-400-20002004006008001000電圧[V]Di電流Di電圧SiC-SBDc2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJMotor电路SiC-SBD的优点①升压转换器②逆变器顺⇒逆切换时的过渡电流大幅消减恢复损失1/10！Motor-80-40040801201602000100200300400時間[nsec]電流[A]-400-20002004006008001000電圧[V]Di電流Di電圧Si-FRD损失VI9Confidential-80-40040801201602000100200300400時間[nsec]電流[A]-400-20002004006008001000電圧[V]Di電流Di電圧SiC-SBDc2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ10ConfidentialSiC-SBD的应用效果SiC-SBD・・・・・超高速恢复・不依靠输入电流可以高速！・不依靠温度可以高速！①恢复损失大幅减低(电源效率改善数%)发热量减低可使散热片小型化②驱动频率上升，电感元件小型化可以做到小型轻量的电源①恢复损失大幅减低(电源效率改善数%)※与IGBT配何使用也能改善SW的损失发热量减低，散热片小型化PFC・升压转换器的应用逆变器的应用c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ11SiC功率半导体的推广方向SiC-IPMSiC功率模块SiC分立器件功率器件（SiC）逆变器・转换器・净化器空调其他家电电气汽车EV/HEV太阳能发电UPS/电源电车产业机器c2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidential12SiC功率半导体（SiC-SBD）的市场情况2008年的份额信息※YOLEDEVELOPPEMENT调查Infineon・・・量产中CREE（NihonInter）・・・量产中STMicro・・・量产中新日本无线・三菱等・・・准备量产354810518330352384701002003004005006007008009002009201020112012201320142015SiCパワー半導体市場　（億円）2010年1月MorganStanley2009年度的SiC功率半导体市场的规模MorganStanley调查结果35亿日元/年YoleDevelopment调查结果22亿日元/年MarketingEye调查结果30亿日元/年关于FET的量产还没有仸何制造商有量产计划。每家公司都在样品出货的阶段，ROHM已于2010年12月支持SiCMOSFET量产出货。SIC功率半导体市场(亿日元)c2009ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialR-TR-100707-JJ13SiC基板的生产情况ROHM的分公司Sicrystal的SiC基板在世界占有率排名第二SiCrystalAGGuenther-Scharowsky-Strasse1D-91058ErlangenGermany男性37名、女性19名（平均年龄：41.1岁）平均工作年数：5.8年Dr.10名0255075100200320042005200620072008Marketshare75%55%CreeSiCrystalThirdSuppliersc2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidentialSiC市场主要竞争情况概览14CreeInfineonSTROHM概况生产产品包括LED芯、LED灯、LED照明解决方案、功率器件、无线器件以及半导体材料。SiC肖特基二极管于2009年推出第三代thinQ!™3G。晶元需要向Cree等厂家采购。由意大利的SGS微电子公司和法国Thomson半导体公司合并而成。晶元需要向Cree等厂家采购。全球唯一的具备SiC晶元生产能力的专业半导体厂家。交期5~6个月5~6个月，受到SiC晶元厂家的制约。受到SiC晶元厂家的制约。3个月SiCSBD价格2~3USD/PCS2~3USD/PCSN/A价格灵活产品系列SBD有全系列产品，MOS未量产。SBD有全系列产品，MOS未量产。`SBD产品线略有不足，MOS未量产SBD有全系列产品，MOS可提供样品，已量产，货期三个月以内。c2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidential15与其它公司的SiC-SBD的特性比较SBD600V10A(顺方向特性)05101500.511.52FORWARDVOLTAGE:VF(V)FORWARDCURRENT:IF(A)25℃75℃125℃ROHM600V10AInfineon第2代IDT10S60C05101500.511.52FORWARDVOLTAGE:VF(V)FORWARDCURRENT:IF(A)25℃75℃125℃05101500.511.52FORWARDVOLTAGE:VF(V)FORWARDCURRENT:IF(A)25℃75℃125℃CREE第2代C3D10060AROHM的SBD具有低导通电阻的特性、特别在高温时的性能中特别显著。c2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidential16与其它公司的SiC-SBD的特性比较SBD600V10A(恢复特性)ROHM600V10AInfineon第代IDT10S60CCREE第代C3D10060A-4-20246810120.0E+005.0E-081.0E-071.5E-072.0E-07時間[sec]電流[A]-4-20246810120.0E+005.0E-081.0E-071.5E-072.0E-07時間[sec]電流[A]近乎相同的恢复特性的性能-4-20246810120.0E+005.0E-081.0E-071.5E-072.0E-07時間[sec]電流[A]Irr=2.4Atrr=14.8nsecQc=20.8nCIrr=2.24Atrr=16.0nsecQc=19.7nCIrr=2.1Atrr=15.0nsecQc=18.1nC测定条件：If=10A,di/dt=350A/usec时间电流时间电流电流时间c2010ROHMCo.,Ltd.AllRightsReservedConfidential市场情况总结17SiC功率半导体市场持续高速发