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第三代半導(dǎo)體材料,主要代表碳化硅和氮化相對(duì)于前兩代半導(dǎo)體材料而言,在高溫、高壓、高頻的工作環(huán)境下有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
碳化硅早在1842年就被發(fā)現(xiàn)了,直到1955年才開(kāi)發(fā)出生長(zhǎng)高品質(zhì)碳化硅晶體材料的方法,1987年商業(yè)化生產(chǎn)的的碳化硅才進(jìn)入市場(chǎng),21世紀(jì)后碳化硅的商業(yè)應(yīng)用才算鋪開(kāi)。
與硅相比,碳化硅具有更高的禁帶寬度,禁帶寬度越寬,臨界擊穿電壓越大,高電壓下可以減少所需器件數(shù)目。具有高飽和電子飄逸速度,制作的元件開(kāi)關(guān)速度大約是硅的3-10倍,高壓條件下能高頻操作,所需的驅(qū)動(dòng)功率小,電路能量損耗低。具有高熱導(dǎo)率,可減少所需的冷卻系統(tǒng),也更適用于高功率場(chǎng)景下的使用,一般的硅半導(dǎo)體器件只能在100℃以下正常運(yùn)行,器件雖然能在200℃以上工作,但是效率大大下降,而碳化硅的工作溫度可達(dá)600℃,具有很強(qiáng)的耐熱性。并且混合SIC器件體積更小,工作損耗的降低以及工作溫度的上升使得集成度提高,體積減小。
在光伏領(lǐng)域的應(yīng)用
光伏逆變器對(duì)光伏發(fā)電作用非常重要,不僅具有直交流變換功能,還具有地發(fā)揮太陽(yáng)電池性能的功能和系統(tǒng)故障保護(hù)功能。歸納起來(lái)有自動(dòng)運(yùn)行和停機(jī)功能、功率跟蹤控制功能、防單獨(dú)運(yùn)行功能(并網(wǎng)系統(tǒng)用)、自動(dòng)電壓調(diào)整功能(并網(wǎng)系統(tǒng)用)、直流檢測(cè)功能(并網(wǎng)系統(tǒng)用)、直流接地檢測(cè)功能(并網(wǎng)系統(tǒng)用)等。
國(guó)內(nèi)逆變器廠家對(duì)新技術(shù)和新器件的應(yīng)用還是太少,以碳化硅為功率器件的逆變器,并且開(kāi)始大批量應(yīng)用,碳化硅內(nèi)阻很少,可以把效率做很高,開(kāi)關(guān)頻率可以達(dá)到10K,也可以節(jié)省LC濾波器和母線電容。碳化硅材料在光伏逆變器應(yīng)用上或有突破。
在半導(dǎo)體領(lǐng)域的應(yīng)用
碳化硅一維納米材料由于自身的微觀形貌和晶體結(jié)構(gòu)使其具備更多獨(dú)特的優(yōu)異性能和更加廣泛的應(yīng)用前景,被普遍認(rèn)為有望成為第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料的重要組成單元。
第三代半導(dǎo)體材料即寬禁帶半導(dǎo)體材料,又稱高溫半導(dǎo)體材料,主要包括碳化硅、氮化、氮化鋁、氧化鋅、金剛石等。這類材料具有寬的禁帶寬度(禁帶寬度大于2.2ev)、高的熱導(dǎo)率、高的擊穿電場(chǎng)、高的抗輻射能力、高的電子飽和速率等特點(diǎn),適用于高溫、高頻、抗輻射及大功率器件的制作。第三代半導(dǎo)體材料憑借著其優(yōu)異的特性,未來(lái)應(yīng)用前景十分廣闊。
討論
通過(guò)試驗(yàn)可得,碳化硅涂層越薄,吸波能力越低;涂層中所含碳化硅含量越低,吸波能力越低。當(dāng)涂層厚度與碳化硅含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí),涂層可承受 250℃高溫。在 150℃環(huán)境中,厚度為 1mm 的碳化硅涂層吸收強(qiáng)度保持在 20dB 左右。
通過(guò)對(duì)比分析可知,碳化硅涂層的適吸波能力為1mm,碳化硅涂層的多波段吸收可以跨越不同厚度的涂層。隨著碳化硅涂層厚度的減小,涂層吸收峰的峰位逐漸轉(zhuǎn)為高頻。
在一定范圍內(nèi),吸收峰的峰位變化與碳化硅含量成正比,碳化硅含量增加,則吸收峰峰位向高頻移動(dòng)。相反,涂層厚度與吸收峰的峰位成反比,厚度增加,則吸收峰峰位移向低頻段。當(dāng)涂層厚度 1mm 時(shí),碳化硅涂層的吸波性能佳。