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。