碳化硅SiC器件到底有多強(qiáng)

與目前廣泛使用的Si材料相比，KeepTops的碳化硅材料具有更高的導(dǎo)熱性，這決定了其高電流密度特性；其更高的帶隙寬度決定了SiC器件的高擊穿場(chǎng)強(qiáng)和高工作溫度。其優(yōu)點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn)：

1、高溫工作
碳化硅在物理性能方面具有高度穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，其能帶寬度可達(dá)2.2eV～3.3eV，幾乎是Si材料的兩倍。因此，SiC可以承受更高的溫度。一般來說，SiC器件所能達(dá)到的工作溫度可達(dá)600℃。

2、高阻斷電壓
SiC器件的擊穿場(chǎng)強(qiáng)是Si器件的十幾倍，因此SiC器件的阻斷電壓遠(yuǎn)高于Si器件。

3、低損耗
一般來說，半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通損耗與其擊穿場(chǎng)強(qiáng)成反比。因此，在相似的功率水平下，SiC器件的傳導(dǎo)損耗比Si器件小得多。而且，SiC器件的導(dǎo)通損耗對(duì)溫度的依賴性很小，SiC器件的導(dǎo)通損耗隨溫度的變化很小，這也與傳統(tǒng)的Si器件有很大的不同。

4、開關(guān)速度快
SiC的熱導(dǎo)率幾乎是Si材料的2.5倍，飽和電子漂移速率是Si的2倍，因此SiC器件可以工作在更高的頻率。

基于以上優(yōu)點(diǎn)，在相同的功率水平下，可以大大減少設(shè)備中的功率器件數(shù)量、散熱器的體積、以及濾波元件的體積，同時(shí)效率也大大提高。

在SiC MOSFET的開發(fā)和應(yīng)用方面，與相同功率等級(jí)的Si MOSFET相比，SiC MOSFET顯著降低了導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗，適用于更高的工作頻率。此外，由于其高溫運(yùn)行特性，高溫穩(wěn)定性大大提高。性生活。各種功率器件在1200V功率水平下的特性比較結(jié)果。參與比較的SiC MOSFET為GE12N15L。應(yīng)當(dāng)指出的是，這些功率器件都在TO-247封裝，和IPW90R120C3的耐壓只有900V，但它已經(jīng)是在類似的功率水平，可以找到更好的特性的硅MOSFET。

器件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

Si材料中的電壓電阻器件越高，每單位面積的導(dǎo)通電阻越大（以電壓電阻值的大約2至2.5次方的比率增加）。因此，IGBT（絕緣柵雙極型）主要用于600V以上電壓的晶體管。

IGBT通過電導(dǎo)調(diào)制，在漂移層中注入空穴作為少數(shù)載流子，使其導(dǎo)通電阻比MOSFET小。然而，由于少數(shù)載流子的積累，在關(guān)斷過程中會(huì)產(chǎn)生尾電流。這會(huì)導(dǎo)致巨大的開關(guān)損耗。

SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低，MOSFET可以實(shí)現(xiàn)高耐壓和低阻抗，無(wú)需電導(dǎo)調(diào)制。

而且，MOSFET原則上不產(chǎn)生尾電流，因此當(dāng)用SiC—MOSFET替代IGBT時(shí)，開關(guān)損耗可以顯著降低，散熱元件也可以小型化。

此外，SiC—MOSFET可以在IGBT不能工作的高頻條件下驅(qū)動(dòng)，從而現(xiàn)無(wú)源器件的小型化。

與600V~900V Si—MOSFET相比，SiC—MOSFET的優(yōu)點(diǎn)是芯片面積小（可以實(shí)現(xiàn)小封裝），二極管的恢復(fù)損耗很小。

主要用于工業(yè)機(jī)器電源的逆變器或轉(zhuǎn)換器和高效率功率調(diào)節(jié)器。

SiC的絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)是Si的10倍，因此可以在低阻抗、薄漂移層的情況下獲得高耐壓。

因此，在相同耐壓值下，SiC可以獲得較低的標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)通電阻（單位面積導(dǎo)通電阻）。

例如，在900V時(shí)，SiC—MOSFET的芯片尺寸只需要Si—MOSFET的1/35和SJ—MOSFET 1/10就能達(dá)到相同的導(dǎo)通電阻。

不僅可以在一個(gè)小封裝中實(shí)現(xiàn)低通阻，而且還可以降低柵電荷QG和結(jié)電容。

SJ-MOSFET只有900V的產(chǎn)品，但是SiC可以很容易地達(dá)到1700V以上的耐壓，并且導(dǎo)通電阻非常低。

因此，不需要使用雙極器件結(jié)構(gòu)，例如IGBT（導(dǎo)通電阻變低，開關(guān)速度變慢），可實(shí)現(xiàn)具有低導(dǎo)通電阻、高耐壓、快速開關(guān)等優(yōu)點(diǎn)的器件。

VD-ID特性

與IGBT不同的是，SiC—MOSFET沒有開通電壓，因此可以在從小電流到大電流的較寬電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通損耗。

硅MOSFET的導(dǎo)通電阻在150°C的室溫下上升到2倍以上。與Si—MOSFET不同的是，SiC—MOSFET的上升速率相對(duì)較低，因此易于熱設(shè)計(jì)，高溫下的導(dǎo)通電阻也較低。非常低。

與IGBT不同的是，SiC—MOSFET沒有開通電壓，因此可以在從小電流到大電流的較寬電流范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通損耗。

硅MOSFET的導(dǎo)通電阻在150°C的室溫下上升到2倍以上。與Si—MOSFET不同的是，SiC—MOSFET的上升速率相對(duì)較低，因此易于熱設(shè)計(jì)，高溫下的導(dǎo)通電阻也較低。非常低。

驅(qū)動(dòng)柵極電壓和導(dǎo)通電阻。

SiC—MOSFET的漂移層電阻比Si—MOSFET低，但另一方面，根據(jù)目前的技術(shù)水平，SiC—MOSFET的MOS溝道部分的遷移率相對(duì)較低，因此溝道部分的阻抗比Si器件高。

因此，柵極電壓越高，可以獲得越低的導(dǎo)通電阻（VCS=20V及以上會(huì)逐漸飽和）。

如果采用普通IGBT和Si-MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓VGS=10～15V，SiC原有的低導(dǎo)通電阻特性就不能發(fā)揮出來。因此，為了獲得足夠低的導(dǎo)通電阻，建議使用VGS=18V驅(qū)動(dòng)。