浮思特| SiC MOS 、IGBT和超結(jié)MOS對(duì)比

在經(jīng)過多年的技術(shù)積累后，硅碳化物 (SiC) MOSFET因其強(qiáng)大的擊穿場(chǎng)和較低的損耗特性，逐漸受到工程師們的熱烈追捧。目前，它們主要用于以絕緣柵雙極晶體管（IGBT）為主導(dǎo)的鍵合部件領(lǐng)域。然而，在當(dāng)今功率設(shè)備的大格局中，SiC MOSFET到底扮演了何種角色？

SiC MOSFET優(yōu)勢(shì)

與IGBT相比，硅碳化物金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiC MOSFET）因其線性輸出特性，特別是在部分負(fù)載下，可以實(shí)現(xiàn)顯著降低的導(dǎo)通損耗。這與IGBT形成鮮明對(duì)比，后者存在膝電壓現(xiàn)象（Vce_sat）。理論上，通過增大器件面積，設(shè)計(jì)師可以將導(dǎo)通損耗降低至微小的程度，而在IGBT中卻無法如此。

開關(guān)損耗

從開關(guān)損耗角度看，在導(dǎo)通模式下由于不存在少數(shù)載流子，可以消除尾電流，實(shí)現(xiàn)極小的關(guān)斷損耗。對(duì)比IGBT，開通損耗也得到了降低，主要是由于開通電流峰值較小。這兩種損耗類型都不隨溫度增加而增大。然而，與IGBT不同的是，SiC MOSFET的開通損耗占主導(dǎo)，而關(guān)斷損耗較小，這常常與IGBT的表現(xiàn)相反。

此外，由于垂直MOSFET結(jié)構(gòu)本身包括一個(gè)強(qiáng)大的本體二極管，因此工程師不再需要額外的續(xù)流二極管。這個(gè)本體二極管基于pn二極管，SiC器件的膝電壓大約為3V?，F(xiàn)在有人可能會(huì)質(zhì)疑，如果在二極管模式下導(dǎo)通損耗可能會(huì)很高。但實(shí)際僅在短暫的死區(qū)時(shí)間內(nèi)工作。在這段200納秒到500納秒的時(shí)候內(nèi)進(jìn)行硬切換，對(duì)于零電壓開關(guān)(ZVS)等揩振拓?fù)?，這個(gè)時(shí)間應(yīng)該少于50納秒。

SiC MOSFET應(yīng)用

最近，市場(chǎng)上有650V CoolSiC MOSFET衍生產(chǎn)品，可以廣布于650V的產(chǎn)品組合。這種技術(shù)不僅能補(bǔ)充這個(gè)阻斷電壓級(jí)別的IGBT，還能補(bǔ)充CoolMOS技術(shù)。這兩種設(shè)備都具有快速開關(guān)和線性電流-電壓特性；然而，SiC MOSFET在硬切換和超過10kHz的切換頻率下，允許本體二極管工作。基于橫溝的SiC MOSFET將低導(dǎo)通電阻和防止過度柵氧化物場(chǎng)應(yīng)力的優(yōu)化設(shè)計(jì)相結(jié)合，提供了與 IGBT 相似的柵氧化物可靠性。

與超結(jié)MOS的對(duì)比

與超結(jié)設(shè)備相比，SiC MOSFET在輸出電容電荷（Qoss）方面明顯較低，并具有與漏電壓特性更加平滑的電容。這些特點(diǎn)使SiC MOSFET能夠用于如半橋和連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）圖騰極等高效率橋拓?fù)?。另一方面，CoolMOS部件會(huì)展示其在硬切換在本體二極管上導(dǎo)通不存在或者可以預(yù)防的應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)。這為硅碳化物和超結(jié)MOSFET在600V至900V的電壓類別中共存奠定了基礎(chǔ)。