高压碳化硅器件：研发进展与轨道交通应用前景

本文主要探讨了高压碳化硅器件的最新进展及其广阔的应用前景，着重于其在轨道交通领域的潜力。作者李诚瞻在2019年11月10日的报告中提到了高压碳化硅器件的发展关键技术和当前的研发动态。 首先，文章概述了高压碳化硅器件作为下一代功率半导体器件的重要角色，特别是与传统材料如硅（MOSFET和IGBT）的对比。SiC（碳化硅）由于其较高的电子迁移率（Eg）和热导率（EC），显示出在高压应用（如25kV级牵引变流器、TCU、网络控制系统等）中的优势，尤其是在3.3kV及以上的高压领域，有望替代传统的硅基器件，降低开关损耗和提高开关速度。 文章深入解析了高压SiC器件的关键技术，包括采用厚外延技术（50~100微米的外延层，低杂质浓度<5×10^14/cm^3）、低缺陷密度的高纯度衬底技术（如BPD密度<1/cm^2）以及大尺寸晶圆技术（6英寸以上），这些是实现高性能高压碳化硅器件的基础。 在研发进展方面，列举了CREE公司不同尺寸晶圆的BPD密度数据，以及通过模拟研究，展示了器件耐压如何随着外延层厚度和浓度的优化而提升。这表明了科研团队在不断提高高压碳化硅器件的可靠性和性能水平。 讨论了高压碳化硅器件在轨道交通领域的具体应用，如交流轨道变流系统（AC-DC-AC），特别是在制动系统中，高压半导体功率器件能够有效降低能耗，提高系统效率。同时，文中还提到了不同类型的器件，如牵引变流器、TCU、辅助变流器等在电力系统中的应用。 然而，尽管高压碳化硅器件具有显著的优势，文章也指出应用前景中存在挑战，可能是成本、生产工艺的复杂性、以及与其他材料（如SiC MOSFET和SiC IGBT）的性能比较等因素。因此，未来的研究和商业化进程将需要解决这些问题，以推动高压碳化硅器件在更多领域的广泛应用。 总结来说，这篇文章提供了关于高压碳化硅器件技术的深入洞察，强调了其在高压电力设备中的潜力，以及当前面临的研发挑战和应用领域的需求。随着技术的不断进步，高压碳化硅器件有望在未来的能源转换和交通系统中发挥重要作用。