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什么叫SiC功率器件？

2020-09-11

1. 器件結(jié)構(gòu)和特征

Si材料中越是高耐壓器件，單位面積的導通電阻也越大（以耐壓值的約2~2.5次方的比例增加），因此600V以上的電壓中主要采用IGBT（絕緣柵極雙極型晶體管）。
IGBT通過電導率調(diào)制，向漂移層內(nèi)注入作為少數(shù)載流子的空穴，因此導通電阻比MOSFET還要小，但是同時由于少數(shù)載流子的積聚，在Turn-off時會產(chǎn)生尾電流，從而造成極大的開關損耗。
SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低，不需要進行電導率調(diào)制就能夠以MOSFET實現(xiàn)高耐壓和低阻抗。
而且MOSFET原理上不產(chǎn)生尾電流，所以用SiC-MOSFET替代IGBT時，能夠明顯地減少開關損耗，并且實現(xiàn)散熱部件的小型化。
另外，SiC-MOSFET能夠在IGBT不能工作的高頻條件下驅(qū)動，從而也可以實現(xiàn)無源器件的小型化。
與600V~900V的Si-MOSFET相比，SiC-MOSFET的優(yōu)勢在于芯片面積?。蓪崿F(xiàn)小型封裝），而且體二極管的恢復損耗非常小。
主要應用于工業(yè)機器電源、高效率功率調(diào)節(jié)器的逆變器或轉(zhuǎn)換器中。

明顯降低開關損耗?通過高頻化從而實現(xiàn)機器的小型化／減小芯片面積?明顯降低恢復損耗

2. 標準化導通電阻

SiC的絕緣擊穿場強是Si的10倍，所以能夠以低阻抗、薄厚度的漂移層實現(xiàn)高耐壓。
因此，在相同的耐壓值情況下，SiC可以得到標準化導通電阻（單位面積導通電阻）更低的器件。
例如900V時，SiC-MOSFET的芯片尺寸只需要Si-MOSFET的35分之1、SJ-MOSFET的10分之1，就可以實現(xiàn)相同的導通電阻。
不僅能夠以小封裝實現(xiàn)低導通電阻，而且能夠使門極電荷量Qg、結(jié)電容也變小。
SJ-MOSFET只有900V的產(chǎn)品，但是SiC卻能夠以很低的導通電阻輕松實現(xiàn)1700V以上的耐壓。
因此，沒有必要再采用IGBT這種雙極型器件結(jié)構(gòu)（導通電阻變低，則開關速度變慢），就可以實現(xiàn)低導通電阻、高耐壓、快速開關等各優(yōu)點兼?zhèn)涞钠骷?/p>

3. VD - ID特性

SiC-MOSFET與IGBT不同，不存在開啟電壓，所以從小電流到大電流的寬電流范圍內(nèi)都能夠?qū)崿F(xiàn)低導通損耗。
而Si-MOSFET在150°C時導通電阻上升為室溫條件下的2倍以上，與Si-MOSFET不同，SiC-MOSFET的上升率比較低，因此易于熱設計，且高溫下的導通電阻也很低。

4. 驅(qū)動門極電壓和導通電阻

SiC-MOSFET的漂移層阻抗比Si-MOSFET低，但是另一方面，按照現(xiàn)在的技術(shù)水平，SiC-MOSFET的MOS溝道部分的遷移率比較低，所以溝道部的阻抗比Si器件要高。
因此，越高的門極電壓，可以得到越低的導通電阻（VCS=20V以上則逐漸飽和）。
如果使用一般IGBT和Si-MOSFET使用的驅(qū)動電壓VGS=10~15V不能發(fā)揮出SiC本來的低導通電阻的性能，所以為了得到充分的低導通電阻，推薦使用VGS=18V左右進行驅(qū)動。