POWER4 - aprile2014
XI
SiC
anche se per alcuni aspetti specifiche, in quanto per
taluni aspetti differenti da quelle classiche del silicio.
In base a queste considerazioni, i materiali che sono
stati individuati come più idonei da utilizzare per i di-
spositivi di potenza sono il carburo di Silicio SiC e il
nitruro di Gallio GaN. Il primo ha un energy-gap di
pocopiùdi 3eV (varia a secondadella forma cristallina,
se 4H o 6H) mentre per il secondo si aggira sui 3,5eV.
Grazie a tale valore – ben più elevato che per il sili-
cio – la concentrazione dei portatori minoritari risulta
sensibilmente ridotta, per cui le correnti inverse sono
ancora più trascurabili, e come conseguenza la tempe-
raturamassima di giunzione èmaggiore chenel silicio.
Si passa infatti dai 150 °C ai 250 °C, con conse-
guente proporzionale incremento della poten-
za dissipabile o, in alternativa, alla possibilità
di operare a temperature ambiente più elevate,
fattore certamentenon trascurabile inmolteplici
applicazioni. Non solo, ma i nuovi materiali per-
mettono di fruire di ulteriori vantaggi, quali ad
esempio ridotti tempi di recupero (Fig. 1) e mi-
norQc, ciò che permette di avereminori perdite
di commutazione e di poter operare a frequenze
di lavoro più elevate, a tutto vantaggio dell’in-
gombro e del peso dei circuiti applicativi, grazie
al risparmio ottenibile sulle dimensioni dei com-
ponenti reattivi.
Un ulteriore vantaggio è quello della maggior
conduttività termica, che ad esempionel carburo
di silicio è addirittura quasi il triplo di quella del
silicio.Manonèfinita, poichégrazie alla concen-
trazione estremamente ridotta dei portatori mi-
noritari si può fruire della loro capacità di soste-
nere campi elettrici più elevati, a tutto vantaggio
delle tensioni di lavorodei dispositivi di potenza.
Il carburodi silicioe il nitrurodiGallio, adesem-
pio, sono in grado di sostenere campi elettrici pari a
quasi dieci volte quelli del silicio (3 MV/cm contro
i 250 KV/cm del silicio) prima di evidenziare il bre-
akdown a valanga.
Non solo, ma la densità di corrente ottenibile ad esem-
pio con l’SiC è pari a ben 300A/cm
2
, significativamen-
te più elevata che nel silicio.
In figura 2 vengonomessi a confronto a questo propo-
sito leprestazioni ottenute condispositivi in silicio, car-
burodi silicio e nitrurodi Gallio in termini di tensione
di breakdown e resistenza specifica di conduzione.
Fra i semiconduttori a elevato energy-gap, il carburo
di silicio è quello la cui tecnologia è stata più studiata
e per il quale sono disponibili più dispositivi commer-
ciali.
Grazie al carburo di silicio sono stati infatti prodotti
diodi Schottky da ben 1200V, contro i 100-300Vmassi-
mi degli analoghi dispositivi al silicio. L’altro semicon-
duttore composto ideale per il mercato dei dispositivi
di potenza è il nitruro di Gallio, con il quale sono stati
realizzati ad esempiodiodi Schottky da 2KV ediodi PN
da ben 6 KV.
Nell’utilizzo dei diodi Schottky in SiC e GaN vanno
sottolineati molteplici vantaggi, quali i ridotti tempi di
recupero trr, la bassa carica accumulata Qs, le mino-
ri perdite di commutazione (fra l’altro indipendenti
dalla temperatura), laminor potenza dissipata nonché
la maggior frequenza di lavoro. Tutto ciò porta a un
sostanziale beneficio nelle applicazioni pratiche dei si-
stemi di conversione di energia e nelle alimentazioni
Fig. 4 –Modulocopack incarburodi silicioprodotto
daGeneSiC
Fig. 5 –Confronto fra leperditedi potenzaottenibili con Igbt
al silicioecon iMosfet al carburodi silicio (FonteRohm)
