This paper proposes a system-level comparison between diamond and SiC power devices. It highlights the benefits of diamond semiconductors for power electronics applications. Actual diamond power devices are fabricated and characterized (DC, AC small-signal and large-signal power switching in a buck converter). Thanks to the experimental data, the models of diamond devices are discussed and the expected performances of future diamond semiconductors in power converters are presented. These performances are compared to the commercialized SiC Schottky diodes for a given application. Our analysis shows that diamond devices can be used to increase power converters' performances especially at high temperature. It is demonstrated that for a 450K junction temperature diamond semiconductors can divide by three the semiconductor losses and heatsink volume in comparison to SiC devices. We also demonstrate that the switching frequency with diamond devices can be five times higher than with SiC devices, with lower total semiconductor losses and smaller heatsink in diamond based power converters. This system level analysis clearly shows the future improvements of power converters' efficiency and their power densities thanks to diamond power devices. The need of a PRE-PRINT (initial submitted article). Accepted version (Elsevier, DRM2020): https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.108154 specific junction temperature management, required to use the entire benefits of diamond properties, is finally demonstrated and discussed.

中文翻译：

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电力电子应用中的金刚石半导体性能

本文提出了金刚石和碳化硅功率器件之间的系统级比较。它突出了金刚石半导体在电力电子应用中的优势。制造和表征实际的金刚石功率器件（降压转换器中的直流、交流小信号和大信号功率开关）。由于实验数据，讨论了金刚石器件的模型，并提出了未来金刚石半导体在功率转换器中的预期性能。将这些性能与给定应用的商业化 SiC 肖特基二极管进行比较。我们的分析表明，金刚石器件可用于提高功率转换器的性能，尤其是在高温下。结果表明，与 SiC 器件相比，结温为 450K 的金刚石半导体可以将半导体损耗和散热器体积除以三。我们还证明，金刚石器件的开关频率可以比 SiC 器件高 5 倍，在基于金刚石的功率转换器中具有更低的总半导体损耗和更小的散热器。该系统级分析清楚地表明，由于金刚石功率器件，未来功率转换器的效率和功率密度将得到改善。需要 PRE-PRINT（最初提交的文章）。接受版本（Elsevier，DRM2020）：https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.108154 特定结温管理，需要使用金刚石特性的全部优点，最后得到了演示和讨论。我们还证明，金刚石器件的开关频率可以比 SiC 器件高 5 倍，在基于金刚石的功率转换器中具有更低的总半导体损耗和更小的散热器。该系统级分析清楚地表明，由于金刚石功率器件，未来功率转换器的效率和功率密度将得到改善。需要 PRE-PRINT（最初提交的文章）。接受版本（Elsevier，DRM2020）：https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.108154 特定结温管理，需要使用金刚石特性的全部优点，最后得到了演示和讨论。我们还证明，金刚石器件的开关频率可以比 SiC 器件高 5 倍，在基于金刚石的功率转换器中具有更低的总半导体损耗和更小的散热器。该系统级分析清楚地表明，由于金刚石功率器件，未来功率转换器的效率和功率密度将得到改善。需要 PRE-PRINT（最初提交的文章）。接受版本（Elsevier，DRM2020）：https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.108154 特定结温管理，需要使用金刚石特性的全部优点，最后得到了演示和讨论。该系统级分析清楚地表明，由于金刚石功率器件，未来功率转换器的效率和功率密度将得到改善。需要 PRE-PRINT（最初提交的文章）。接受版本（Elsevier，DRM2020）：https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.108154 特定结温管理，需要使用金刚石特性的全部优点，最后得到了演示和讨论。该系统级分析清楚地表明，由于金刚石功率器件，未来功率转换器的效率和功率密度将得到改善。需要 PRE-PRINT（最初提交的文章）。接受版本（Elsevier，DRM2020）：https://doi.org/10.1016/j.diamond.2020.108154 特定结温管理，需要使用金刚石特性的全部优点，最后得到了演示和讨论。