碳化硅SiC器件到底有多强？

linghz

与目前广泛使用的Si材料相比，碳化硅材料具有更高的导热性，这决定了其高电流密度特性；其更高的带隙宽度决定了SiC器件的高击穿场强和高工作温度。其优点可归纳为以下几点：

1、高温工作
碳化硅在物理性能方面具有高度稳定的晶体结构，其能带宽度可达2.2eV～3.3eV，几乎是Si材料的两倍。因此，SiC可以承受更高的温度。一般来说，SiC器件所能达到的工作温度可达600℃。

2、高阻断电压
SiC器件的击穿场强是Si器件的十几倍，因此SiC器件的阻断电压远高于Si器件。

3、低损耗
一般来说，半导体器件的导通损耗与其击穿场强成反比。因此，在相似的功率水平下，SiC器件的传导损耗比Si器件小得多。而且，SiC器件的导通损耗对温度的依赖性很小，SiC器件的导通损耗随温度的变化很小，这也与传统的Si器件有很大的不同。

4、开关速度快
SiC的热导率几乎是Si材料的2.5倍，饱和电子漂移速率是Si的2倍，因此SiC器件可以工作在更高的频率。



基于以上优点，在相同的功率水平下，可以大大减少设备中的功率器件数量、散热器的体积、以及滤波元件的体积，同时效率也大大提高。

在SiC MOSFET的开发和应用方面，与相同功率等级的Si MOSFET相比，SiC MOSFET显著降低了导通电阻和开关损耗，适用于更高的工作频率。此外，由于其高温运行特性，高温稳定性大大提高。性生活。各种功率器件在1200V功率水平下的特性比较结果。参与比较的SiC MOSFET为GE12N15L。



器件的结构和特点

Si材料中的电压电阻器件越高，每单位面积的导通电阻越大（以电压电阻值的大约2至2.5次方的比率增加）。因此，IGBT（绝缘栅双极型）主要用于600V以上电压的晶体管。

IGBT通过电导调制，在漂移层中注入空穴作为少数载流子，使其导通电阻比MOSFET小。然而，由于少数载流子的积累，在关断过程中会产生尾电流。这会导致巨大的开关损耗。

SiC器件漂移层的阻抗比Si器件低，MOSFET可以实现高耐压和低阻抗，无需电导调制。

而且，MOSFET原则上不产生尾电流，因此当用SiC—MOSFET替代IGBT时，开关损耗可以显著降低，散热元件也可以小型化。

此外，SiC—MOSFET可以在IGBT不能工作的高频条件下驱动，从而现无源器件的小型化。

与600V~900V Si—MOSFET相比，SiC—MOSFET的优点是芯片面积小（可以实现小封装），二极管的恢复损耗很小。

主要用于工业机器电源的逆变器或转换器和高效率功率调节器。

SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍，因此可以在低阻抗、薄漂移层的情况下获得高耐压。

因此，在相同耐压值下，SiC可以获得较低的标准化导通电阻（单位面积导通电阻）。

例如，在900V时，SiC—MOSFET的芯片尺寸只需要Si—MOSFET的1/35和SJ—MOSFET 1/10就能达到相同的导通电阻。

不仅可以在一个小封装中实现低通阻，而且还可以降低栅电荷QG和结电容。

SJ-MOSFET只有900V的产品，但是SiC可以很容易地达到1700V以上的耐压，并且导通电阻非常低。

因此，不需要使用双极器件结构，例如IGBT（导通电阻变低，开关速度变慢），可实现具有低导通电阻、高耐压、快速开关等优点的器件。

VD-ID特性

与IGBT不同的是，SiC—MOSFET没有开通电压，因此可以在从小电流到大电流的较宽电流范围内实现低导通损耗。

硅MOSFET的导通电阻在150°C的室温下上升到2倍以上。与Si—MOSFET不同的是，SiC—MOSFET的上升速率相对较低，因此易于热设计，高温下的导通电阻也较低。非常低。

与IGBT不同的是，SiC—MOSFET没有开通电压，因此可以在从小电流到大电流的较宽电流范围内实现低导通损耗。

硅MOSFET的导通电阻在150°C的室温下上升到2倍以上。与Si—MOSFET不同的是，SiC—MOSFET的上升速率相对较低，因此易于热设计，高温下的导通电阻也较低。非常低。

驱动栅极电压和导通电阻。

SiC—MOSFET的漂移层电阻比Si—MOSFET低，但另一方面，根据目前的技术水平，SiC—MOSFET的MOS沟道部分的迁移率相对较低，因此沟道部分的阻抗比Si器件高。

因此，栅极电压越高，可以获得越低的导通电阻（VCS=20V及以上会逐渐饱和）。

如果采用普通IGBT和Si-MOSFET的驱动电压VGS=10～15V，SiC原有的低导通电阻特性就不能发挥出来。因此，为了获得足够低的导通电阻，建议使用VGS=18V驱动。

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