當(dāng)增加功率器件兩端的施加電壓時，器件內(nèi)的電場開始增加。一旦電場接近臨界水平 Ec，功率器件就會發(fā)生雪崩擊穿。為了在具有不同材料成分的類似系統(tǒng)之間進(jìn)行簡單比較，我們研究了一個突變的一維 P+/N 二極管 。在本研究中，假設(shè)電壓僅由結(jié)構(gòu)的一側(cè)支撐。該假設(shè)適用于突然的 P+N 結(jié)，因?yàn)榕c另一側(cè)相比，一側(cè)的摻雜濃度非常高。此外，由于 P+ 區(qū)與 n 區(qū)相比非常薄且高度摻雜，耗盡區(qū)主要在 N 摻雜區(qū)延伸 。

隨著硅功率器件在溫度和功率操作方面達(dá)到理論極限，設(shè)計工程師面臨著提高轉(zhuǎn)換器在工作電壓、工作溫度和效率方面的額定值的挑戰(zhàn)。對硅限制解決方案的探索將研究人員帶到了寬帶隙材料的門口，例如碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN)。

寬帶隙材料顯示出優(yōu)于硅的優(yōu)勢，例如帶隙大、臨界擊穿場強(qiáng)高和某些情況下的高熱導(dǎo)率 (SiC)。這些值在表1中說明。這些優(yōu)越的物理特性對器件的轉(zhuǎn)換如圖 1.4 所示。高臨界電場和寬能隙使能在高電壓和高溫下運(yùn)行。高開關(guān)頻率歸因于高飽和電子速度和高遷移率。從圖 1.4 可以得出結(jié)論，碳化硅仍將是高溫應(yīng)用的首選。由于二維電子氣 (2DEG) 中電子遷移率的提高，GaN 與 SiC 相比具有額外的優(yōu)勢。

各種功率器件的應(yīng)用以及材料性能如圖 1.5 所示。很明顯，高功率和高頻應(yīng)用的要求超出了硅所能提供的范圍。SiC 有望覆蓋高功率低頻應(yīng)用，而 GaN 覆蓋高頻相對低功率應(yīng)用。SiC 和 GaN 之間的競爭將在中頻和中等功率上展開。

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