【導讀】dianlidianzizhuanhuanqizaikuaisufazhandegongyegejuzhongfahuizhezhiguanzhongyaodezuoyong。tamendeyingyongzhengzaizengjia
，bingqiezaizhongduoxinjishuzhongfahuizhehexinzuoyong，baokuodiandongqiche、牽引係統
、太空探索任務、深層石油開采係統、飛機係統等領域的進步。

dianlidianzizhuanhuanqizaikuaisufazhandegongyegejuzhongfahuizhezhiguanzhongyaodezuoyong。tamendeyingyongzhengzaizengjia
，bingqiezaizhongduoxinjishuzhongfahuizhehexinzuoyong
，baokuodiandongqiche、牽引係統、太空探索任務、深層石油開采係統、飛機係統等領域的進步。

電力電子電路不斷發展以實現更高的效率，絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）等電力電子設備為令人興奮的創新打開了大門。矽（Si）基功率器件長期以來一直主導著市場
，但由於較低的帶隙和電擊穿場，其性能已達到極限。因此，開關頻率
、阻斷電壓和工作溫度存在限製。

隨著采用寬帶隙（WBG）材料設計的革命性新器件的引入，可以克服這些限製。碳化矽（SiC）是一種寬帶隙材料，已經上市約二十年。SiC的固有載流子密度要小得多，允許高溫操作。此外
，SiC的非常高的臨界電場使我們能夠設計額定值大於10 kV的設備。SiC器件的另一個理想特性是高開關速度和低寄生電容。這是因為較小的理想比傳導電阻允許SiC芯片小於Si器件。

SiC功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)優(you)勢(shi)之(zhi)一(yi)可(ke)能(neng)是(shi)它(ta)們(men)能(neng)夠(gou)在(zai)更(geng)高(gao)的(de)溫(wen)度(du)下(xia)工(gong)作(zuo)。例(li)如(ru)
，目(mu)前(qian)正(zheng)在(zai)設(she)計(ji)電(dian)動(dong)飛(fei)機(ji)，因(yin)此(ci)動(dong)力(li)電(dian)子(zi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)和(he)電(dian)動(dong)執(zhi)行(xing)器(qi)係(xi)統(tong)將(jiang)需(xu)要(yao)在(zai)熱(re)發(fa)動(dong)機(ji)附(fu)近(jin)承(cheng)受(shou)高(gao)溫(wen)。同(tong)樣(yang)，電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)溫(wen)度(du)也(ye)可(ke)能(neng)在(zai)很(hen)寬(kuan)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)變(bian)化(hua)。功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)在(zai)惡(e)劣(lie)環(huan)境(jing)中(zhong)工(gong)作(zuo)的(de)能(neng)力(li)對(dui)於(yu)許(xu)多(duo)新(xin)興(xing)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。幸(xing)運(yun)的(de)是(shi)，與(yu)矽(gui)器(qi)件(jian)相(xiang)比(bi)，第(di)三(san)代(dai)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)氮(dan)化(hua)镓(jia)（GaN）和SiC功率器件表現出越來越優越的特性。從理論上講，SiC器件的WBG是矽的三倍
，因此可以實現約600°C的結溫。

以下是對有前途的碳化矽功率器件的簡要介紹。

二極管

碳化矽肖特基勢壘二極管（SBD）是2001年上市的第一款商用碳化矽功率器件。SBD是SiC材料和肖特基二極管結構的組合，是Si PIN二極管的完美替代品。SBD優於Si PINerjiguandezuizhongyaotexingshiqikuaisufanxianghuifutexing。tabujinyouwangtigaoxiaolv，erqieyouyufanxianghuifudianliudi，erjiguanguanduanqijiandezhuanhuanqizhendanghedianciganrao（EMI）問題也減少了。

該二極管的另一個變體是SiC結勢壘肖特基二極管（JBS）。大多數商業化的SiC二極管都基於JBS結構，其中幾個P+區域組合成肖特基區域。因此，很大一部分電場被推離肖特基勢壘，向P+區的下部區域推進。通過這種方式，可以降低關斷狀態漏電流
，並且不會影響JBS二極管的速度。另一種類型的SiC二極管是SiC PIN二極管
，非常適合在10 kV至20 kV範圍內工作，因為電導率調製可有效降低漂移區域電阻。

碳化矽開關

在許多工業應用中，功率半導體器件的阻斷電壓要求約為1.2至3.3 kV。碳化矽MOSFET屬於這一類。與Si IGBT相比，SiC MOSFET中的多數載流子導通機製可顯著降低開關損耗。碳化矽MOSFET在結構上可分為兩種類型：規劃器和溝槽。雙植入金屬氧化物場效應晶體管（DIMOSFET）是規劃器SiC MOSFET的一個例子。

除了提高電氣性能外
，可靠性是SiC MOSFET創新背後的另一個驅動力。此外，在航空航天應用和核電站中
，所使用的功率器件必須能夠承受輻射。碳化矽MOSFET已被證明在這些環境中工作良好。SiC結場效應晶體管（JFETS）自2006年以來已上市。

碳化矽BJT非常可靠，非常適合高溫環境。然而

，缺點是驅動電流需要恒定穩定，隨著溫度的升高
，電流增益減小，驅動損耗增加。對於10 kV及更高電壓，SiC IGBT非常合適。

結語

SiC功率器件所展示的卓越動態特性為以前不切實際的電路鋪平了道路。與傳統的矽功率半導體器件相比
，SiC電力電子器件具有許多優點，包括提高轉換器效率，減少體積和重量以及更簡單的散熱組件。

但是，大規模采用SiC功率轉換器仍然具有挑戰性。SiC技術在電氣係統中的應用需要詳細了解係統架構，包括EMI和熱問題。另一個因素是SiC器件的成本相對較高。然而
，基於SiC的轉換器可以徹底改變新興的工業係統和技術，如太陽能逆變器

，電動汽車
，感應加熱器和牽引係統等。這些設備的未來是有希望的。

（來源：國晶微半導體）

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

雙頻GNSS不能取代慣性導航

異構集成 (HI) 與係統級芯片 (SoC) 有何區別
？

簡述功率MOSFET電流額定值和熱設計

新穎功率電感器設計

，用於緊湊型大電流 DC／DC 轉換器

基於應變計的傳感器和放大器的選擇和校準