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Die nächste Effizienz-Dimension

Einsatz von SiC-Bauelementen für Leistungsanwendungen

16. September 2011, 10:34 Uhr | Von Masanuri Tanimura

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Aktivitäten bei GaN

SiC ist nicht der einzige Verbundhalbleiter, dessen Verwendung für die nächste Generation von Leistungsbausteinen in Betracht gezogen wird. Unter anderem sind seit den 1990er Jahren Schottky-Gleichrichter auf Galliumarsenid-Basis (GaAs) verfügbar. Da diese jedoch teurer sind als Si-Bausteine, haben sie nur in anspruchsvollsten Anwendungen, und auch hier nur in begrenztem Umfang, Akzeptanz gefunden. Bandlücke, Durchbruchfeldstärke und Wärmeleitfähigkeit sind bei GaAs schlechter als bei Siliziumkarbid. Neueren Datums sind die Aktivitäten der Forscher bezüglich des Einsatzes von Galliumnitrid (GaN) für Leistungstransistoren. GaN weist eine ähnlich große Bandlücke und Dielektrizitätskonstante auf wie SiC, sodass vergleichbare Durchbruchspannungen erzielt werden können. Seine Elektronenmobilität ist höher, aber die Wärmeleitfähigkeit macht lediglich ein Viertel aus. Anders als SiC befindet sich diese Technologie noch in einer frühen Phase der Entwicklung und Kommerzialisierung. Das Angebot an Bauelementen und Lieferanten ist deshalb bei SiC derzeit noch deutlich größer.

Bild 1 veranschaulicht die Senkung der Schaltverluste gegenüber Fast-Recovery-Dioden dank der minimalen Sperrverzögerungsladung (Qrr) der SiC-Schottkydioden beim Abschalten.

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Bei Fast-Recovery-Dioden (FRDs) auf Siliziumbasis nimmt trr mit der Temperatur steil zu (Bild 2).

Dagegen ist trr bei SiC-Schottky-Dioden weitgehend unabhängig von der Temperatur, sodass diese Bauelemente ohne Anstieg der Schaltverluste bei höheren Temperaturen eingesetzt werden können. Die zahlreichen Vorteile der SiC-Schottky-Dioden machen es möglich, kompaktere und leichtere Leistungsbausteine mit höherem Wirkungsgrad zu bauen.