Součástky na bázi SiC ve výkonové elektronice

Bc. Karel VIRT

Master's thesis

SiC components in the power electronics

Abstract:

Diplomová práce je zaměřena na použití moderního materiálu silikon karbidu na výrobu polovodičových součástek. Pro lepší pochopení problémů vznikajících při práci s SiC jsou v úvodu práce uvedeny jeho základní fyzikální vlastnosti a odlišnosti od běžně používaného křemíku. V dnešní době bylo objeveno mnoho druhů krystalových struktur SiC (tzv. polytypů), proto jsou zde porovnány i jejich vlastnosti. Dále se práce zabývá výrobou silikon-karbidových krystalů a prevencí proti vzniku krystalových chyb, jelikož vzniklý monokrystal musí být velice čistý. Do popředí také vystupují problémy, jako jsou kovové kontakty, které při použití čistého křemíku nebyly tak nápadné. Kvůli širšímu zakázanému pásmu SiC je těžší najít vhodný kov, nebo slitinu, který by nevytvářel na spojení Schottkyho přechod. Tím se dostáváme k SiC Schottkyho diodám, které se už dnes používají jako zpětné diody do vysokofrekvenčních pulzních měničů a napěťových střídačů. Blíže jsou také popsány usměrňovací PN diody a JFETy, z nichž nejvýznamnějším zástupcem je vertikální SiC JFET. V druhé části práce jsou vypočteny ztráty křemíkového a silikon-karbidového snižovacího pulzního měniče doplněné o simulaci oteplení. V poslední části jsou porovnány vypínací charakteristiky vnitřní diody Si MOSFETU a SiC Schottkyho diody na snižovacím pulzním měniči.

Abstract:

The thesis is focused on the use of modern material of silicon carbide for production of semiconductor components. For a better understanding of problems arising when working with SiC, its basic physical characteristics and differences from the commonly used silicon are mentioned in the introduction of my work. Today, many types of crystal structures of SiC (the polytypes) have been discovered, therefore their properties are compared here. Further thesis deals with production of silicon carbide crystals and prevention of crystal defects formation, because a formed monocrystal must be very pure?. In the foreground stand out problems, such as metal contacts which were not so noticeable while using of pure silicon. Due to a wider forbidden band of SiC, it is more difficult to find a suitable metal or alloy, which would not create the Schottky junction. This brings us to the SiC Schottky diodes, which are nowadays used as reverse diodes in the HF pulse converters and voltage inverters. Rectifying PN diodes and JFETs are also specified, the most important representative is a vertical SiC JFET. In the second part of my work, the losses of silicon and silicon-carbide buck converter accompanied by warming simulation are calculated. The last section compares the characteristics of the internal switching diode Si MOSFET and SiC Schottky diode on buck converter.

Keywords

Silikon-karbid, pásová teorie, polytypie, epitaxe, Schottkyho kontakt, ohmický kontakt, SiC Schottkyho dioda, SiC PN dioda, SiC VJFET, snižovací pulzní měnič

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 5. 2011

Identifier: 40926

Thesis defence

• Date of defence: 30. 5. 2011
• Supervisor: Ing. Pavel Drábek, Ph.D.

University of West Bohemia

Fakulty of Electrical Engineering

Master programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Industrial Electronics and Electromechanical Engineering