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      什么叫SiC功率器件?

      2020-09-11

      1. 器件结构和特征

      Si材料中越是高耐压器件,单位面积的导通电阻也越大(以耐压值的约2~2.5次方的比例增加),因此600V以上的电压中主要采用IGBT(绝缘栅极双极型晶体管)。
      IGBT通过电导率调制,向漂移层内注入作为少数载流子的空穴,因此导通电阻比MOSFET还要小,但是同时由于少数载流子的积聚,在Turn-off时会产生尾电流,从而造成极大的开关损耗。
      SiC器件漂移层的阻抗比Si器件低,不需要进行电导率调制就能够以MOSFET实现高耐压和低阻抗。
      而且MOSFET原理上不产生尾电流,所以用SiC-MOSFET替代IGBT时,能够明显地减少开关损耗,并且实现散热部件的小型化。
      另外,SiC-MOSFET能够在IGBT不能工作的高频条件下驱动,从而也可以实现无源器件的小型化。
      与600V~900V的Si-MOSFET相比,SiC-MOSFET的优势在于芯片面积小(可实现小型封装),而且体二极管的恢复损耗非常小。
      主要应用于工业机器电源、高效率功率调节器的逆变器或转换器中。

      明显降低开关损耗?通过高频化从而实现机器的小型化/减小芯片面积?明显降低恢复损耗

      2. 标准化导通电阻

      SiC的绝缘击穿场强是Si的10倍,所以能够以低阻抗、薄厚度的漂移层实现高耐压。
      因此,在相同的耐压值情况下,SiC可以得到标准化导通电阻(单位面积导通电阻)更低的器件。
      例如900V时,SiC-MOSFET的芯片尺寸只需要Si-MOSFET的35分之1、SJ-MOSFET的10分之1,就可以实现相同的导通电阻。
      不仅能够以小封装实现低导通电阻,而且能够使门极电荷量Qg、结电容也变小。
      SJ-MOSFET只有900V的产品,但是SiC却能够以很低的导通电阻轻松实现1700V以上的耐压。
      因此,没有必要再采用IGBT这种双极型器件结构(导通电阻变低,则开关速度变慢),就可以实现低导通电阻、高耐压、快速开关等各优点兼备的器件。

      Blocking Voltage

      3. VD - ID特性

      SiC-MOSFET与IGBT不同,不存在开启电压,所以从小电流到大电流的宽电流范围内都能够实现低导通损耗。
      而Si-MOSFET在150°C时导通电阻上升为室温条件下的2倍以上,与Si-MOSFET不同,SiC-MOSFET的上升率比较低,因此易于热设计,且高温下的导通电阻也很低。

      VDS - ID (Ta=150℃)

      4. 驱动门极电压和导通电阻

      SiC-MOSFET的漂移层阻抗比Si-MOSFET低,但是另一方面,按照现在的技术水平,SiC-MOSFET的MOS沟道部分的迁移率比较低,所以沟道部的阻抗比Si器件要高。
      因此,越高的门极电压,可以得到越低的导通电阻(VCS=20V以上则逐渐饱和)。
      如果使用一般IGBT和Si-MOSFET使用的驱动电压VGS=10~15V不能发挥出SiC本来的低导通电阻的性能,所以为了得到充分的低导通电阻,推荐使用VGS=18V左右进行驱动。

      駆動ゲート電圧とオン抵抗


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