王成1 黄凯2
南京电子器件研究所 江苏 南京210016
摘要：新时代背景下，我国的科学技术得以日新月异。而半导体器件在具体的制作和生产工艺方面均获得高速发展。而碳化硅作为宽带材料的一类，其重要特征就是较高的热导率、高饱、电子漂移速率、高击穿场强等。这类新型半导体的利用能有效增强大功率、高压、高温的应用。除此之外，因为碳化硅成本不断降低，其性能获得显著提高，让碳化硅在电力系统中获得广泛运用。本文对碳化硅在电力电子器件在电力系统中的应用展望进行了分析，以供参考。
关键词：碳化硅；电力电子器件；电力系统
前言：现阶段，我国电力系统获得高速发展。在此条件下，新型电力电子器件的大量出现，并且这类新兴电力电子器件性能和质量均获得显著提升，对电力系统运行的稳定和高效给与保障。晶体管作为电力电子器件的发展源头，全控型电子器件在上世纪七十年代就已获得一定发展，而且，在八十年代后期又产生了IGBT器件。近些年来，半导体技术和半导体材料获得持续发展，使电力系统中功率集成电路获得广泛运用，而碳化硅的生产成本获得有效节省，所以，在电力电子器件生产过程中，通常会应用碳化硅材料。而且，伴随技术的日益发展，碳化硅电力电子器件在我国如今的电力系统中获得广泛运用。
1碳化硅电力电子器件简述
现代化背景下，大功率的半导体器件在电力系统中的应用非常广泛，对于电力系统的稳定性而言具有十分深远的意义。而这种大功率的半导体器件的优势一般为变频、变流，器件均拥有较好的运用性能。碳化硅电力电子器件在电力系统的广泛运用具有良好的效果，其电特性与物理特征较强，在电力系统中获得广泛利用。不仅如此，碳化硅作为一项新型的半导体材料，其特点一般是高压高温。因为碳化硅属于半导体材料，因此，会导致电力系统出现温度和电压方面的足部。不仅如此，伴随碳化硅材料的发展运用，电力系统中不断采用其代替以往的器件，碳化硅电力电子器件的发展充分体现产业化趋势，在此条件下，推动电力系统的进步及发展，为电力系统的发展带来至关重要的影响。伴随社会经济的日益发展，科学技术的日新月异，电动汽车蓄电池的充放电、电机控制均离不开性能较高的电子器件进行实现，并且，与一般的电子器件相比，碳化硅电力电子器件的信息处理能力更强，所以，碳化硅电力电子企业在日后的发展过程中应用更为广泛。和一般的信息电力器件进行比较，碳化硅电力电子器件对功能拥有更高的耗损，所以，在散热仪器的安装应用中，有利于最大限度的增强电力系统的安全性。
2碳化硅电力电子器件在电力系统中的应用展望
2.1固态变压器的应用展望
现阶段，因为我国对于智能电网技术全力发展，并且分布式的发电系统逐渐加强应用，碳化硅具备较强的性能，所以，在现如今的固态变压器中，碳化硅电力电子期间逐渐获得广泛运用。碳化硅电力电子器件可利用其自身性能，有效提升器件对于温度的适应程度，保障运行过程中的安全性。除此之外，电力系统中的漂移区、电阻率、基区长度等均和其功率开关器件中的电压承受能力具有密切关联。在众多的电力系统中，相关技术人员具有很高的击穿电场强度的碳化硅开关控制器实施应用。然而，我们需特别注意，其电阻率不可太高，并且碳化硅电力电子器件的基区和漂移区严禁设置过长。利用这类工艺的积极运用，不但能够让其器件的通态和器件电阻对比会呈现出显著减少，还会让器件的工作效率获得显著提升。对比以往变压器，固态变压器具有较高的供电质量、较快的效率、较小的体积、稳定性能等特点，有效处理以往变压器中存在的问题，为其工作性能提供保障。
2.2柔性交流输电系统的应用展望
现代化条件下，对电力系统的发展情况来讲，柔性交流电系统属于市场上非常先进的技术，提高对碳化硅电力电子器件科学利用的重视，有利于对系统电压、输电质量、功率实施合理控制。除此之外，这样的系统有助于降低输电中的电能耗损，有效增强运行效益。碳化硅材料和一般的硅材料进行比较，其击穿电场强度是它的八倍作用，而且，碳化材料的漂移速度也比普通材料的漂移速度快。
碳化硅材料的这项特征有利于增强电力电子硅器件运行的工作质量与效率，所以，碳化硅电力电子器件的开关通态要比普通电阻低，碳化硅材料的工作频率比普通硅材料的工作效率低。碳化硅材料的电力电子器件具备较强的热导率，所以，在高温状态下，这样的器件可确保安全、高效、持续、稳定的运行。不仅如此，碳化硅材料是市场中唯一能够通过热氧化法生产的半导体材料，此特性使碳化硅材料和普通硅材料存有同样的特征。通常情况下，利用溶体生成的碳化硅材料具有很大难度，将碳化硅材料加热到一定程度时，材料将会出现升华作用。除此之外，碳化硅具备较高的耐压性，因此，其在PACTS技术中具有非常广泛的应用。
2.3静止无功补偿器件的应用展望
在电力系统中，静止无功补偿器通常用在潮流控制与无功补偿，碳化硅电力电子器件续有效提升其系统的稳定性与响应速度，掺杂是如今半导体器件制备最基本的工艺。因为杂质在碳化硅器件中扩散系数和SiO2中通常较低，在适用于碳化硅有效杂质拓展到温度条件下，SiO2将会丧失对杂质的掩蔽作用，而且碳化硅材料和材料制备中将会随着掺杂实现制备碳化硅器件的条件。碳化硅晶片制备技术可分为物理法和化学合成方法。物理法通常包含机械粉碎法和结晶法；化学合成法通常包含化学气相沉积法和碳热还原法。化学气相沉积法与碳化硅晶须的制备工艺保持一致，可其工艺非常复杂，价格高昂，现如今，研究与应用很少；碳热还原法是通过碳和SiO2的利用为原材料，通过催化剂将原材料加热到适宜的温度而合成，这样的方法是碳化硅晶体制造的重要方法。碳化硅电力电子器件在STATCOM的应用结构可实现简化。因为碳化硅电力电子器件开关频率获得有效提升，电力系统中的电能质量将获得有效提升。在风能及太阳能等洁净、可再生能源并网方面，无变压器STATCOM结构将会获得广泛推广与运用。
2.4电能路由器的应用展望
能量路由器最早是2008年由美国北卡莱罗纳州立大学提出，而那时的专家学者提出有效理论框架，在电力系统中与电力电子器件技术与信息技术方面倡导充分融合，才能实现配电网层面的能源互联网。所以，美国北卡莱罗纳州立大学最早提出了能量路由器的理念，而同时固态变压器电路得以问世，即高压级、隔离级、低压机三个部分重要组成，采用直流母线充分连接这三个等级，其中全桥模块均是由传统硅材料组合而成，导致桥模块结构抗压必能较差，开关频率较低，提高对碳化硅材料应用的重视，可有效处理存在的问题，最大限度的提升应用效率。
结论：
新时代背景下，因为电子系统的高速发展，而且，系统本身也处于不断的完善过程中，所以，电力系统对于电力电子器件拥有更高的要求。碳化硅电力电子器件具备较高的耐压性和高温、且电气性能良好，在现如今的电力系统中获得广泛运用。碳化硅电力电子器件在电力系统中的有效运用，可让电力系统运行的安全性获得保障，还可以让电力系统一直处在较高的工作频率中，推动电力系统的可持续发展。
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