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Contents
引言
SiC半导体材料的特性
现有的SiC器件
SiC器件在舰船上的应用
结束语
引言
SiC半导体材料具有宽禁带隙、高击穿电场、高热导率、高饱和电子迁移率,高耐辐照等特点,可以制成体积小、重量轻的器件。它在海军舰艇的高温、高频、大功率、光电子以及抗辐射器件等方面具有巨大的应用潜力。
随着舰船的全电力化进程,电力武器、通信、雷达的发展对发电、输送、贮存、转换和控制开关等使用的材料和器件提出了更高要求,传统使用的Si半导体材料及器件已经不能满足高电压、高频和高温条件下工作的需求,为适应上述工作环境,需要开展SiC半导体材料和器件的研究。
SiC半导体材料的特性
性能
组织特点:由Si和C两种原子构成;基本结构单元为正四面体结构,大量的结构单元在顶角相连结合,即构成SiC晶体;有200多种同质异构体。
性能特征:SiC半导体材料具有宽禁带隙、高击穿电场、高热导率、高饱和电子迁移率,高耐辐照等特点,可以制成体积小、重量轻的器件。SiC是非常硬的物质,弹性模量为424 GPa,其硬度仅次于金刚石和碳化硼。SiC的熔点为2800℃(),其热稳定性很高。SiC具有很大的化学惰性。
Reality
Identity
SiC与Si半导体材料的特性
SiC晶格类型举例
现有的SiC器件
肖特基器件
单极型功率
器件
双极型功率
器件
SiC器件
肖特基器件
普通肖特基器件开关频率高,正向压降低,但反向击穿电压比较低。
SiC肖特基二极管可以在一定程度上克服此缺点。Cree公司生产的产品性能:在1200V反向偏压下,25℃时漏电为50μA,200℃时的漏电流为100μA
单极型功率器件
SiC门极绝缘型场效应晶体管具有低比导通电阻,高工作频率和高温工作稳定性,已制成SiC芯片大约是SiC导态电阻的1/30通态电压随温度变化稳定。
SiC面结型场效应晶体管已达到在500℃工作2000小时无衰减。
双极型功率器件
1×1cm4H-SiC器件晶闸管,,其开关时间小于2000ns,比同类类型Si晶闸管速度快10倍以上。
12KVSiC绝缘栅双极晶体管转换效率高达85%
SiC器件在舰船上的应用
SiC
航空母舰固态变电站上的应用
导弹驱逐舰综合电力系统上的应用
舰船雷达
上的应用
航空母舰固态变电站上的应用
根据航空母舰配电系统的要求,已进行了SiC基固态变电站的研究。研究SiC器件为基的固态变电站可以实现下列效益:
1)减轻重量和减少体积;
2)改善和实现精确的电压调节,使电力效率提高20%;
3)实现快速故障检测、保护;
4)容易贮存能量并装有多个抽头的直流配电和输出。

采用新型数字式SiC基固态变电站后,转换电源的工作频率可从60 Hz提高到20 kHz,单台重量从6 T,体积从10 m3,输出方式由固定单项输出改善为多抽头输出,使其电能质量,可恢复性,重量、体积、模块和与电力系统的兼容性最佳化。