碳化硅 (SiC) 正在推动半导体和电力电子行业以及高温系统应用的发展。金属碳化硅是电动汽车、航空航天系统和可再生能源基础设施的动力来源，因为它是热导率最高的材料之一，也是最耐用、运行效率最高的材料之一。
遗憾的是，并非所有 SiC 材料都具有相同的质量水平。本指南将根据应用和使用案例，解释 4H SiC 和 6H SiC 材料之间的主要区别。我们还会指出应避免哪些因素，以提高每种材料的耐用性和美观度。让我们深入了解！
什么是4H-SiC和6H-SiC？
原子排列 碳化硅 尽管4H-SiC和6H-SiC多型体具有相同的化学组成，但它们之间存在差异。这两种多型体之间微小的原子排列差异会导致电气特性、电子运动和热特性的显著变化。碳化硅材料的选择决定了电动汽车、工业电机控制和高频电力系统中功率逆变器的性能。
4H-SiC 和 6H-SiC 之间的主要区别
选择合适的 SiC 材料取决于对 4H-SiC 和 6H-SiC 独特特性的理解。下一节将详细介绍 4H-SiC 和 6H-SiC 的结构电学和热学参数，以便您根据工业需求选择最合适的多型体。
晶体结构
半导体性能取决于原子排列，这会导致电子运动速度不同。4H-SiC 采用四层六边形堆叠，而 6H-SiC 采用六层堆叠。4H-SiC 和 6H-SiC 之间不同的原子排列导致电子迁移率、半导体系统的效率和响应时间性能存在差异。
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4H-SiC 的电子迁移率约为 950 cm²/V·s，是射频放大器和功率 MOSFET 应用的最佳选择。
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6H-SiC 的电子迁移率约为 400 cm²/V·s，这使其稳定且适用于不需要快速切换功能的工业电源控制系统和 LED 基板应用。
击穿电压和带隙
4H-SiC 的带隙为 3.26 eV，使其能够有效承受高电压和极端温度。4H-SiC 材料最适用于电动汽车逆变器和航空航天电力电子应用。6H-SiC 的带隙为 3.02 eV，使其适用于需要耐热性但不需要高电压耐受性的中等功率系统。
热导率
高性能电力电子设备产生的热量需要高效的散热方法来防止故障。当需要达到最佳散热效果时，4H-SiC 的导热性优于 6H-SiC。航空航天工程师选择 4H-SiC 来开发高温电力电子设备，因为它能够在恶劣的工作环境下高效运行。喷气推进系统和卫星都依赖于 4H-SiC 功率控制单元，以确保其在不断变化的热条件下可靠运行。
各应应用在哪里？
在要求严苛的高功率应用中，企业需要在峰值性能和低效运行之间选择合适的 SiC 多型体。以下分析提供了有关 4H-SiC 和 6H-SiC 应用的详细信息，以协助您的行业选择。
何时选择 4H-SiC
4H碳化硅（4H-SiC）是需要出色开关性能、高能效以及在严苛条件下实现高性能应用的首选材料。凭借其宽禁带和卓越的热性能，4H-SiC可成功应用于领先行业的先进电力电子领域。
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特斯拉的电动汽车逆变器： 该公司在其电动汽车中采用 4H-SiC MOSFET，以帮助逆变器更高效地利用电池电量。得益于 4H-SiC 的快速切换和更低的损耗，您可以获得更长的电池续航里程、更快的加速和更灵敏的驾驶体验。这项新技术使特斯拉能够提升电动汽车的性能和客户满意度。
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更好地转换可再生能源电力： 4H-SiC 使太阳能逆变器和风力涡轮机功率转换器的高压电力转换效率得以提升。能源效率有助于提高可再生能源的产量并降低成本，从而使生产者和消费者能够享受更可持续的能源。
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使用自动化来节约能源的行业： 许多领先企业，例如西门子，都依赖4H-SiC技术在电机驱动器和高压转换器中降低工业自动化中的能耗。因此，用电量减少，设备运行更加平稳，维护成本也随之降低，从而对环境和工厂都产生了积极的影响。
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在汽车和航空航天中使用高压和极端温度： 4H-SiC 在高压和极低及高温下工作的性能对于汽车电力电子和航空航天推进系统至关重要。它能够提高零件强度和安全性，从而有助于电动汽车减少燃料消耗，并使航空航天应用变得更轻。
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下一代电动飞机： 电动飞机制造商使用 4H-SiC 设计轻便高效的动力系统，以减少电池消耗并延长飞机的飞行时间。航空业的新技术有助于实现可持续发展，支持更安静、更持久、更清洁的飞行，从而促进经济和环境的可持续发展。
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美国宇航局太空电子设备： 由于4H-SiC具有极强的抗辐射性能且在高温下保持稳定，NASA将其应用于外太空仪器的电子设备中。得益于这种材料，关键系统更加安全，从而使得太空探索项目能够持续更长时间。
何时应使用 6H-SiC？
6H碳化硅（6H-SiC）凭借其坚固、柔韧和耐热的特性，常用于需要稳定结构但超快速开关要求较低的领域。它为即使在恶劣环境下也能长期连续使用的设备提供了可靠且经济的解决方案。
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6H-SiC 基板上生产的 LED： 采用 6H-SiC 基板生产的 LED 晶体质量更高，从而带来更明亮、更节能的照明和屏幕。唐纳森 LED 经久耐用，光彩夺目，能够降低能耗和维护需求，造福建筑和消费电子产品用户。
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专为光学用途设计的高分辨率传感器： 得益于 6H-SiC，我们可以设计出精密的光学传感器，提供精确的波长输出，适用于科研、工业和医学领域。由于其在高温和辐射条件下的性能表现相同，客户可以在诊断和日常使用过程中依靠这些传感器获取重要信息。
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为抵御辐射而建造的太空传感器： 采用 6H-SiC 制成的空间传感器具有低辐射和高机械稳定性等卓越特性，能够适应太空长期运行。在严苛的太空条件下，这些传感器有助于确保地球观测、天文学和行星科学获得准确可靠的结果。
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低成本且耐用的电力系统： 当开关速度对工业电源控制系统并非至关重要时，6H-SiC 既耐用又经济实惠。由于它能够在极端条件和高温下运行，使用其设备的客户将受益于可靠的能源管理、更少的维修以及更长的电气系统使用寿命。
最大化 SiC 性能
为了最大限度地利用 4H-SiC 和 6H-SiC，有必要了解它们的优势并运用最佳实践。工程师和制造商可以考虑 SiC 的热管理、器件设计和特定应用要求，以优化 SiC 性能。以下是一些提高 SiC 效率的实用方法：
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高效发热：Enable 在极端环境下表现出高可靠性的大量发热，同时也适合增加使用量。
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为应用选择正确的多型体：对于效率和开关速度很重要的高频、高功率电子设备，选择 4H-SiC，而对于需要结构稳定性和更低成本的应用，6H-SiC 更合适。
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提高电源转换效率：部署高质量的SiC栅极驱动器和电源电路设计，最大限度地减少能量损失，充分利用SiC的优异电气特性。
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考虑环境：应测试航空航天、汽车和工业环境中使用的 SiC 组件，以承受极端温度变化和机械应力，确保长期可靠性。
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使用先进的封装技术：根据文献，通过使用适当设计的封装可以减少寄生电感和电容，这将提高整体系统的性能和寿命。
通过遵循这些 4H-SiC 和 6H-SiC 最佳实践，行业将能够充分利用 4H-SiC 和 6H-SiC 在电力电子和半导体应用中的优势，实现出色的效率、耐用性和成本效益。
结论
企业应根据其应用需求选择 SiC 材料，因为这一决定决定了性能效率、系统可靠性以及总运营成本。4H-SiC 是高功率和高频应用的最佳 SiC 材料选择，可为电动汽车、工业电力系统和航空航天电子设备提供动力。
当行业追求更高的效率和耐用性时，制造商需要选择最佳的 SiC 多型体来保持竞争优势。选择合适的 SiC 材料将通过功率优化、热性能改进以及组件耐用性改进，在下一代技术开发中推动创新并取得市场成功。