【導讀】三菱電機開發了高耐壓SiC MOSFET，並將其產品化
，率先將其應用於驅動鐵路車輛的變流器中，是一家在市場上擁有良好業績記錄的SiC器件製造商。本篇帶你了解三菱電機高壓SiC芯片技術。

三菱電機開發了高耐壓SiC MOSFET，並將其產品化
，率先將其應用於驅動鐵路車輛的變流器中，是一家在市場上擁有良好業績記錄的SiC器件製造商。本篇帶你了解三菱電機高壓SiC芯片技術。

通過使用SiC
，可實現額定電壓3.3kV以上的高耐壓MOSFET。由於MOSFET是(shi)單(dan)極(ji)性(xing)器(qi)件(jian)
，少(shao)數(shu)載(zai)流(liu)子(zi)不(bu)會(hui)積(ji)聚(ju)

，所(suo)以(yi)能(neng)夠(gou)實(shi)現(xian)極(ji)低(di)的(de)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，由(you)於(yu)高(gao)耐(nai)壓(ya)模(mo)塊(kuai)所(suo)處(chu)理(li)的(de)電(dian)流(liu)大(da)，需(xu)要(yao)將(jiang)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)引(yin)起(qi)的(de)發(fa)熱(re)控(kong)製(zhi)在(zai)容(rong)許(xu)值(zhi)以(yi)下(xia)
，因(yin)此(ci)將(jiang)載(zai)波(bo)頻(pin)率(lv)（開關頻率）設置得較低。但通過使用SiC MOSFET
，係統能夠使用高載波頻率
，可為係統提供諸如高性能、小型化等前所未有的優點。

高耐壓SiC MOSFET的漂移層電阻和JFET區qu域yu電dian阻zu占zhan導dao通tong電dian阻zu的de比bi例li較jiao大da。由you於yu漂piao移yi層ceng的de電dian阻zu是shi由you擊ji穿chuan電dian壓ya和he物wu理li特te性xing值zhi決jue定ding的de，很hen難nan通tong過guo設she計ji來lai降jiang低di漂piao移yi層ceng的de電dian阻zu。因yin此ci，通tong過guo優you化huaJFET區域設計來降低電阻非常重要。在JFET區域的設計中，在降低電阻的同時，為了確保可靠性，還需要抑製最大電場強度。如第11講所述，通過使用在第二代SiC MOSFET開發中獲得的JFET摻雜技術，實現了兼具低電阻和高可靠性的3.3kV SiC MOSFET。此外，高耐壓SiC MOSFET還需要考慮的性能是短路耐受能力。當施加高電壓時
，必須進一步減小短路電流以保證器件免受短路故障的影響。SiC MOSFET短路電流的抑製伴隨著導通電阻的增加，因此設計時必須考慮這些特性的平衡。

圖1表示3.3kV SiC MOSFET模塊的正向特性。圖中還顯示了與SiC MOSFET具有相同有效麵積的Si IGBT的正向特性。在低電流區域，與存在內建電勢的Si IGBT相比
，SiC MOSFET的通態電壓大幅降低。這是SiC MOSFET的一大優點。

圖1：3.3kV SiC MOSFET模塊的正向特性

作為下一代的高耐壓SiC MOSFET，三菱電機開發了第三代SBD嵌入式SiC MOSFET，並於2024年將第一個配備該芯片的SiC模塊商業化。如第5講所述，SiCjingtizhongcunzaishaoliangjingtiquexian


，zhexiequexianzaitongguoshuangjidianliushishiqijiantexingehua。zaixinpianbinglianshujiaoduodegaonaiyadadianliumokuaizhong，baohangaiquexiandegailvbiangao
，yincizaizhengchanggongzuoshi
，weilebimianshuangjidianliuliuguo，kaifalejiangxiaotejierjiguanqianruzaiMOS元胞內的SiC MOSFET。

圖2顯示了SBD嵌入式SiC MOSFET與常規MOSFET的橫截麵結構圖。在SBD嵌入式SiC MOSFET中，在與源極接觸的部分形成肖特基接觸。當向MOSFET施加反向電壓時，肖特基電流（單極電流）通過MOSFET，以抑製體二極管導通引起的雙極電流。

圖2(a)：常規3.3kV SiC MOSFET的MOS元胞截麵圖

圖2(b)：3.3kV SBD嵌入式SiC MOSFET的MOS元胞截麵圖

圖3顯示了SBD嵌入式SiC MOSFET的正向特性。漏極電流和漏極電壓的正向特性與常規SiC MOSFET相同。圖4顯示了SBD嵌入式SiC MOSFET的反向特性。在關閉柵極的情況下，向MOSFET施加反向電壓時，在常規結構中，在超過約2.5V時，MOSFET的體二極管會流過雙極性電流。另一方麵
，在SBD嵌入式SiC MOSFET中
，從約1V開始
，流過單極性的肖特基電流，沒有來自體二極管的電流流過。因此

，不會因雙極導通而帶來的劣化。

圖3：SBD嵌入式SiC MOSFET的正向特性

圖4：SBD嵌入式SiC MOSFET的反向特性

SBD嵌入式SiC MOSFET的挑戰之一是其低浪湧電流能力。對此，三菱電機開發了一種獨特的MOS元胞結構
，該結構僅在浪湧電流流過時以雙極方式工作。通過將該MOS元胞集成到SBD嵌入式SiC MOSFET中
，成功地大幅提高了浪湧電流能力。

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