电力电子中的宽禁带器件
电力电子中的宽禁带器件
1、何为禁带?
电子可以处于价带和导带之间,处于价带上的电子称之为价电子,即未脱离原子核束缚的电子;而导带上的电子称为导电子,即自由电子。
电子从价带最顶层,到导带最下层的能量,称为禁带。如果禁带越宽,那就意味着电子从价带跃迁到导带所需的能量越大,也意味着材料越不容易成为导体。
2、何为宽禁带材料?
对于一般的本征半导体材料,如硅晶体,其本征激发而产生的自由电子和空穴对数量很少,晶体共价键结构相对稳定,禁带较宽。
对于SiC而言,因为C原子有2层电子,而硅有3层,因此C原子对于外层电子的束缚能力强,它的禁带比硅更宽,Si和C形成的化学键,更难被打破。同理,对于GaN,尽管Ga自身比Si弱,但是N是很强的元素,单个的N原子的氧化性是很强的,因此,GaN的化学键也很强,也是宽禁带材料。因而从价带激发到导带需要的能量更大,因此,它们可以耐受更高的温度和电压。
3、SiC和GaN
一般来说,基于Si的IGBT,最高电压能够做到6.5 kV,然后SiC的MOSFET或者IGBT,可以做到15kV和20kV;对于GaN,通常是600 V以下,然而,GaN可以很轻易的做到100 kHz及以上。
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