摘要：当增加功率器件两端的施加电压时，器件内的电场开始增加。一旦电场接近临界水平 Ec，功率器件就会发生雪崩击穿。为了在具有不同材料成分的类似系统之间进行简单比较，我们研究了一个突变的一维 P+/N 二极管 。在本研究中，假设电压仅由结构的一侧支撑。该假设适用于突然的 P+N 结，因为与另一侧相比，一侧的掺杂浓度非常高。此外，由于 P+ 区与 n 区相比非常薄且高度掺杂，耗尽区主要在 N 掺杂区延伸 。
随着硅功率器件在温度和功率操作方面达到理论极限，设计工程师面临着提高转换器在工作电压、工作温度和效率方面的额定值的挑战。对硅限制解决方案的探索将研究人员带到了宽带隙材料的门口，例如碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN)。
宽带隙材料显示出优于硅的优势，例如带隙大、临界击穿场强高和某些情况下的高热导率 (SiC)
。这些值在表1中说明。这些优越的物理特性对器件的转换如图 1.4 所示。高临界电场和宽能隙使能在高电压和高温下运行。高开关频率归因于高饱和电子速度和高迁移率。从图 1.4 可以得出结论，碳化硅仍将是高温应用的首选。由于二维电子气 (2DEG) 中电子迁移率的提高，GaN 与 SiC 相比具有额外的优势。
各种功率器件的应用以及材料性能如图 1.5 所示。很明显，高功率和高频应用的要求超出了硅所能提供的范围。SiC 有望覆盖高功率低频应用，而 GaN 覆盖高频相对低功率应用。SiC 和 GaN 之间的竞争将在中频和中等功率上展开。
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