在電力電子行業(yè)的發(fā)展過程中，半導(dǎo)體技術(shù)起到了決定性作用。其中，功率半導(dǎo)體器件一直被認(rèn)為是電力電子設(shè)備的關(guān)鍵組成部分。隨著電力電子技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)療、交通、消費等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，功率半導(dǎo)體器件直接影響著這些電力電子設(shè)備的成本和效率。自從二十世紀(jì)五十年代真空管被固態(tài)器件代替以來，以硅(Si)材料為主的功率半導(dǎo)體器件就一直扮演著重要的角色。功率雙極性晶體管及晶閘管的問世，大大減小的電力電子設(shè)備的體積重量，同時提高了變換效率。為了滿足更高工作頻率及更高功率等級的要求，IR(International Rectifier)公司研發(fā)出首款功率MOSFET，接下來的二十年，功率半導(dǎo)體器件進(jìn)入一個蓬勃發(fā)展的時期，很多新型的功率器件，比如IGBT、GTO、IPM相繼問世，并且在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)得到越來越廣泛的應(yīng)用。功率硅器件的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，但隨著日益增長的行業(yè)需求，硅器件由于其本身物理特性的限制，已經(jīng)開始不適用于一些高壓、高溫、高效率及高功率密度的應(yīng)用場合。

半導(dǎo)體技術(shù)一直是推動電力電子行業(yè)發(fā)展的決定性力量。功率硅器件(silicon，Si)的應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)成熟，但隨著日益增長的行業(yè)需求，硅器件由于其本身物理特性的限制，已經(jīng)開始不適用于一些高壓、高溫、高效率及高功率密度的應(yīng)用場合。

碳化硅(SiC)材料因其優(yōu)越的物理特性，開始受到人們的關(guān)注和研究。自從碳化硅1824年被瑞典科學(xué)家J?ns Jacob Berzelius發(fā)現(xiàn)以來，直到二十世紀(jì)五十年代后半期，才真正被納入到固體器件的研究中來。 二十世紀(jì)九十年代以來，碳化硅技術(shù)得到了迅速發(fā)展。

20 世紀(jì)90 年代以來，碳化硅(silicon carbide，SiC)MOSFET 技術(shù)的迅速發(fā)展，引起人們對這種新一代功率器件的廣泛關(guān)注[2-4]。與Si 材料相比，碳化硅材料較高的熱導(dǎo)率決定了其高電流密度的特性，較高的禁帶寬度又決定了SiC 器件的高擊穿場強和高工作溫度[5-6]。尤其在SiC MOSFET 的開發(fā)與應(yīng)用方面，與相同功率等級的Si MOSFET 相比，SiC MOSFET 導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗大幅降低，適用于更高的工作頻率，另由于其高溫工作特性，大大提高了高溫穩(wěn)定性。但由于SiC MOSFET 的價格相當(dāng)昂貴，限制了它的廣泛應(yīng)用。

SiC材料與目前應(yīng)該廣泛的Si材料相比，較高的熱導(dǎo)率決定了其高電流密度的特性，較高的禁帶寬度又決定了SiC器件的高擊穿場強和高工作溫度。其優(yōu)點主要可以概括為以下幾點：

1) 高溫工作

SiC在物理特性上擁有高度穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)，其能帶寬度可達(dá)2.2eV至3.3eV，幾乎是Si材料的兩倍以上。因此，SiC所能承受的溫度更高，一般而言，SiC器件所能達(dá)到的最大工作溫度可到600 oC。

2) 高阻斷電壓

與Si材料相比，SiC的擊穿場強是Si的十倍多，因此SiC器件的阻斷電壓比Si器件高很多。

3) 低損耗

一般而言，半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通損耗與其擊穿場強成反比，故在相似的功率等級下，SiC器件的導(dǎo)通損耗比Si器件小很多。且SiC器件導(dǎo)通損耗對溫度的依存度很小，SiC器件的導(dǎo)通損耗 隨溫度的變化很小，這與傳統(tǒng)的Si器件也有很大差別。

4) 開關(guān)速度快

SiC的熱導(dǎo)系數(shù)幾乎是Si材料的2.5倍，飽和電子漂移率是Si的2倍，所以SiC器件能在更高的頻率下工作。

綜合以上優(yōu)點，在相同的功率等級下，設(shè)備中功率器件的數(shù)量、散熱器的體積、濾波元件體積都能大大減小，同時效率也有大幅度的提升。

在SiC MOSFET的開發(fā)與應(yīng)用方面，與相同功率等級的Si MOSFET相比，SiC MOSFET導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗大幅降低，適用于更高的工作頻率，另由于其高溫工作特性，大大提高了高溫穩(wěn)定性。1200V功率等級下，各類功率器件的特性比較結(jié)果，參與比較的SiC MOSFET是GE12N15L。需要指出的是，這些功率器件都為TO-247封裝，且IPW90R120C3耐壓僅為900V，但它已是所能找到的相似功率等級下，特性較好的Si MOSFET。

碳化硅MOSFET造價信息

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材料名稱 規(guī)格/需求量 報價數(shù) 最新報價
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碳化硅MOSFET碳化硅(SiC)MOSFET 建模

雖然SiC MOSFET比傳統(tǒng)的Si MOSFET有很多優(yōu)點，但其昂貴的價格卻限制了SiC MOSFET的廣泛應(yīng)用。近年來隨著SiC技術(shù)的成熟，SiC MOSFET的價格已經(jīng)有了顯著的下降，應(yīng)用范圍也進(jìn)一步擴展，在不久的將來必將成為新一代主流的低損耗功率器件。 在實際的工程應(yīng)用及設(shè)計開發(fā)過程中，經(jīng)常需要對SiC MOSFET的開關(guān)特性、靜態(tài)特性及功率損耗進(jìn)行分析，以便對整個系統(tǒng)的效率做有效的評估。因此，有必要建立一個精確的SiC MOSFET模型作為工程應(yīng)用中系統(tǒng)分析和效率評估的基礎(chǔ)。近年來，國內(nèi)外研究人員對于SiC MOSFET的建模研究日漸深入，取得了較多的進(jìn)展。其中部分文獻(xiàn)著重于SiC MOSFET物理特性的建模，但不適用于工程應(yīng)用中的分析和評估。部分文獻(xiàn)采用了傳統(tǒng)Si MOSFET的建模思想，一篇弗吉尼亞理工的碩士畢業(yè)論文，對1200V20A的SiC MOSFET進(jìn)行建模，但該模型僅在分立的溫度點下設(shè)置分立的參數(shù)組，其他溫度點進(jìn)行線性插值，模型隨溫度變化時的準(zhǔn)確度不能保證。北卡羅來納州立大學(xué)的王軍博士提出了一種適用于10kV SiC MOSFET的變溫度參數(shù)建模方法，對SiC MOSFET的建模具有普遍的指導(dǎo)意義，已得到業(yè)界比較廣泛的認(rèn)可和接受，Rohm公司也相繼推出了600V及1200V的SiC MOSFET。因此，建立一個適用于目前主流中低壓SiC MOSFET的模型就顯得尤為重要。

碳化硅MOSFETSiC MOSFET 的驅(qū)動電路

由于SiC MOSFET器件特性與傳統(tǒng)的Si MOSFET有較大差別，SiC MOSFET驅(qū)動電路也是一項研究的重點。相比于Si MOSFET，SiC MOSFET的寄生電容更小。以量產(chǎn)的CMF20120D 為例， 其輸 入 電 容僅 有1915 pF， 但 與 其功 率 等 級 相 同 的 Si MOSFET IXFB30N120P的輸入電容有22.5nF，兩者相差超過十倍。因此，SiC MOSFET對驅(qū)動電路的寄生參數(shù)更敏感。另一方面，目前量產(chǎn)的SiC MOSFET的驅(qū)動電壓范圍為 -5V~ 25V ，建議驅(qū)動電壓一般為-2V/ 20V；而傳統(tǒng)的Si MOSFET的驅(qū)動電壓范圍為-30V~ 30V，建議驅(qū)動電壓一般為0/ 15V。因此，SiC MOSFET與傳統(tǒng)的Si MOSFET相比，安全閾值很小，驅(qū)動電路的一個電壓尖峰很可能就會擊穿GS之間的氧化層，這也是驅(qū)動電路需要精心設(shè)計的另一個原因。

量產(chǎn)的SiC MOSFET設(shè)計了專用的驅(qū)動芯片。另一家SiCMOSFET也提供了關(guān)于驅(qū)動的相關(guān)資料。CMF20120D技術(shù)手冊上提供的驅(qū)動電路，采用光耦隔離，驅(qū)動芯片采用IXDI414，-VEE與地之間需接入多個電容，以抵消線路感抗對驅(qū)動波形的影響。然而datasheet中并未給出 VCC和-VEE的電源解決方案，且IXDI414可提供14A的峰值電流，而實際應(yīng)用過程中，驅(qū)動電路一般 很難從驅(qū)動芯片中抽取14A的電流，故這款驅(qū)動芯片并非很合適。

綜上所述，結(jié)合SiC MOSFET本身的特點及優(yōu)勢，其驅(qū)動電路的設(shè)計應(yīng)滿足以下要求：

1) 滿足SiC MOSFET高速開關(guān)的要求，使用驅(qū)動能力較強的驅(qū)動芯片。

2) 盡量減小驅(qū)動電路寄生電感的影響，在PCB布局時應(yīng)加入適量的吸收電容。

3) 為保證SiC MOSFET的可靠關(guān)斷，避免噪聲干擾可能導(dǎo)致的誤開通，應(yīng)采用負(fù)壓關(guān)斷。

碳化硅MOSFET雙有源橋(DAB)研究及應(yīng)用

雙有源橋(DAB)作為大功率隔離雙向DC-DC變換器的一種，其拓?fù)渥钤缬蒁eDoncker于1988年提出DAB主要應(yīng)用于HEV中蓄電池側(cè)與高壓直流母線之間的雙向能量傳輸、航空電源系統(tǒng)及新能源系統(tǒng)中，與其他大功率隔離雙向DC-DC變換器相比，DAB的最大優(yōu)勢是其功率密度大，且體積重量相對較小。DAB結(jié)構(gòu)對稱，兩邊各由全橋結(jié)構(gòu)的拓?fù)錁?gòu)成，可實現(xiàn)能量的雙向傳輸，且能實現(xiàn)兩側(cè)的電氣隔離。開關(guān)管應(yīng)力較低，且沒有額外的濾波電感，僅通過變壓器的漏感作為能量傳輸單元，變換器可實現(xiàn)很高的功率密度。電流紋波不是很大，對輸入輸出側(cè)的濾波電容的要求不是很高。DAB在一定功率范圍內(nèi)可以實現(xiàn)ZVS軟開關(guān)，這樣DAB的工作頻率就可以設(shè)置得較高，可進(jìn)一步減小變壓器和濾波電容的體積，提高功率密度。

傳統(tǒng)的DAB一般采用移相控制，其中φ為移相角，變壓器原副邊匝比設(shè)為n。當(dāng)功率從VL流向VH時，開關(guān)管Q1、Q4超前Q5、Q8；當(dāng)功率從VH流向VL時，開關(guān)管Q5、Q8超前Q1、Q4。但傳統(tǒng)控制策略下的DAB有諸多問題，比如軟開關(guān)范圍窄、輕載時功率回流現(xiàn)象嚴(yán)重、電壓輸入范圍窄等。

功率回流

功率回流是指DAB在功率傳輸時，電感Ls上的電流和原邊側(cè)電壓存在相位相反的階段，導(dǎo)致功率流回電源中。

輸入電壓范圍

結(jié)合軟開關(guān)范圍和功率回流的分析，不難看出傳統(tǒng)移相控制DAB的又一個缺點：輸入電壓范圍窄。當(dāng)DAB中變壓器原副邊匝數(shù)比n確定后，如果輸入電壓V1范圍變化較寬，則原副邊電壓d的變化范圍較寬，軟開關(guān)的范圍將受到嚴(yán)重限制，直接影響到變換器的效率。同樣的，當(dāng)輸入電壓范圍變寬后，意味著移相角的變化范圍也必須相應(yīng)變寬，較寬的電壓范圍必然會導(dǎo)致功率回流現(xiàn)象更嚴(yán)重。因此，為保證DAB能有較高的轉(zhuǎn)換效率，雙有源橋的輸入必須控制在較小范圍內(nèi)。

針對傳統(tǒng)控制策略下 DAB 的諸多不足，從 2008 年起，國內(nèi)外很多研究人員相繼提出了多種改進(jìn)型的控制策略，對 DAB 的研究也進(jìn)入了一個新的高度。改進(jìn)型控制方法的主要思想是，不僅原副邊的開關(guān)管移相（即傳統(tǒng)控制方法，Q1、Q4及 Q5Q8有移相角 D2），而且同一側(cè)橋臂也設(shè)置移相角（Q1Q2Q3Q4存在移相 D1）。這些控制方式又能細(xì)分，有一側(cè)橋臂設(shè)置內(nèi)移相角 D1，另一側(cè)橋臂仍用傳統(tǒng)的移相方法，不設(shè)置內(nèi)移相角；或者原副邊都移相，均設(shè)置D1，但兩側(cè)的內(nèi)移相角 D1可能不同。又根據(jù) D1與 D2的大小關(guān)系，另結(jié)合 V1與 nV2的關(guān)系，有很多種不同的組合方式，從而有不一樣的模態(tài)。其最終的控制手段還是通過改變變壓器原副邊的電壓波形，從而改變加在 LS兩端的電壓，最終改變 LS的電流，達(dá)到不同的優(yōu)化目的。

通過改變內(nèi)移相角 D1，可以改變變壓器兩端電壓 V1或 V2的波形，V1與 V2 9 的不同（包括幅值大小及相位差），即可達(dá)到控制 LS電流的目的，從而對軟開關(guān)范圍、功率回流等問題有所改善。

有文獻(xiàn)較系統(tǒng)地介紹了以上一些不同的控制方法，推導(dǎo)了部分控制模式下的數(shù)學(xué)模型。該文獻(xiàn)主要針對的是 ZVS 范圍及電感電流有效值來提高效率。文獻(xiàn)中提出，對于兩端口的DAB，兩側(cè)橋臂都設(shè)置移相角 D1的控制方法優(yōu)勢并不明顯。對于這種兩側(cè)都移相的控制方法在多端口的情況下還要做進(jìn)一步分析。

有文獻(xiàn)針對功率回流的問題提出了改進(jìn)的控制方法，該文獻(xiàn)采用的是兩側(cè)橋臂都移相的控制方法，不僅原副邊的 Q1Q2和 Q5Q6存在移相，同側(cè)橋臂的 Q1Q2和 Q3Q4也存在移相。這種控制方法的復(fù)雜之處在于，輸出功率是同時與 D1D2相關(guān)的，在同一個輸出功率下D1D2有很多種組合方式。如何通過 PI 調(diào)節(jié)獲得最優(yōu)化的 D1D2組合是控制策略優(yōu)化的關(guān)鍵。文獻(xiàn)中論述了在某些特性條件下，這種兩側(cè)移相的控制方法可以使功率回流為零，并論證了該特殊條件下可以實現(xiàn)全負(fù)載范圍的軟開關(guān)，動態(tài)特性較傳統(tǒng)移相控制方法更優(yōu)。 解讀詞條背后的知識

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      2020-10-190
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      2019-06-070

碳化硅MOSFET1背景介紹常見問題

  • 碳化硅的價格

    碳化硅 SiC >99% 8000元/噸 以上 SiC <98% 3800-4200元/噸價格近期來不是很穩(wěn)定，買賣都需慎重

  • 碳化硅和剛玉哪個耐磨

    最好的棕剛玉硬度是不是比碳化硅硬度會高一些。好的棕剛玉氧化鋁含量能達(dá)到96，所以硬度很高，由于它們的生產(chǎn)原材料不同，所以硬度也有差別，棕剛玉的莫氏硬度9.0.，而碳化硅則可以達(dá)到9.5，所以棕剛玉不能...

  • 碳化硅有什么用途？

    回答盡可能用自己的語言組織，大量復(fù)制網(wǎng)絡(luò)上已有的內(nèi)容，答案將被刪除并扣分。請一定對自己的回答負(fù)責(zé)，盡可能準(zhǔn)確、詳細(xì)和有效(1)作為磨料，可用來做磨具，如砂輪、油石、磨頭、砂瓦類等。  &nb...

碳化硅MOSFET1背景介紹文獻(xiàn)

Rohm發(fā)布首款溝槽式碳化硅MOSFET Rohm發(fā)布首款溝槽式碳化硅MOSFET

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Rohm最新發(fā)表了他們首次采用溝槽式結(jié)構(gòu)研制并大批量生產(chǎn)了碳化硅MOSFET。與傳統(tǒng)平面式碳化硅MOSFET相比,同樣芯片尺寸條件下,導(dǎo)通電阻降低了50%,極有可能也能大幅降低許多設(shè)備的功率損耗,如工業(yè)用轉(zhuǎn)換器和電源,電源和太陽能電力系統(tǒng)的電力調(diào)制器,太陽能功率系統(tǒng)調(diào)制器。近些年,世界范圍內(nèi)越來越多的研究開始關(guān)注電力供應(yīng)的解決方案,其中主要研究電源供應(yīng)的轉(zhuǎn)換和已產(chǎn)生電力的高效輸運。碳化硅功率器件因為能

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碳化硅生產(chǎn)新工藝,碳化硅制備加工配方設(shè)計,碳化硅技術(shù)專利全集 碳化硅生產(chǎn)新工藝,碳化硅制備加工配方設(shè)計,碳化硅技術(shù)專利全集

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碳化硅生產(chǎn)新工藝與制備加工配方設(shè)計及技術(shù)專利全集 主編：國家專利局編寫組 出版發(fā)行：中國知識出版社 2011年 規(guī)格：全四卷 16 開精裝 +1張 CD光盤 定價： 1180元 優(yōu)惠價： 680元 詳細(xì)目錄 1 200410030786.8 鋁電解槽側(cè)墻用氮化硅結(jié)合碳化硅耐火磚及其制 備方法 2 200410023747.5 一種向缸套鉻層內(nèi)部擠入碳化硅的方法 3 200410012271.5 一種制備碳化硅納米纖維的方法 4 200410020538.5 黑色碳化硅冶煉降低單位耗料的工藝 5 200410026085.7 一種碳化硅發(fā)熱元件冷端部的制造方法 6 200410026086.1 酚醛樹脂作為結(jié)合劑的碳化硅陶瓷常溫擠壓成形 方法 7 02822412.4 大面積碳化硅器件及其制造方法 8 03125220.6 摻加助劑熱壓燒結(jié)塊體鈦碳化硅陶瓷材料的方法 9 03138926.0

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引言

碳化硅功率器件近年來越來越廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，受到大家的喜愛，不斷地推陳出新，大量的更高電壓等級、更大電流等級的產(chǎn)品相繼推出，市場反應(yīng)碳化硅元器件的效果非常好，但似乎對于碳化硅元器件的普及還有一些技術(shù)難題。

碳化硅mos對比硅mos的11大優(yōu)勢

1SiC器件的結(jié)構(gòu)和特征

Si材料中，越是高耐壓器件其單位面積的導(dǎo)通電阻就越大（通常以耐壓值的大概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(dǎo)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(dǎo)通電阻比MOSFET還要小，但是同時由于少數(shù)載流子的積聚，在關(guān)斷時會產(chǎn)生尾電流，從而造成極大的開關(guān)損耗。

SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低，不需要進(jìn)行電導(dǎo)率調(diào)制就能夠以高頻器件結(jié)構(gòu)的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(guān)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)被動器件的小型化。與600V～1200V的Si MOSFET相比，SiC MOSFET的優(yōu)勢在于芯片面積小（可以實現(xiàn)小型封裝），而且體二極管的恢復(fù)損耗非常小。

2SiC Mosfet的導(dǎo)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，在相同的耐壓值的情況下，SiC 可以得到標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)通電阻（單位面積導(dǎo)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(dǎo)通電阻。不僅能夠以小封裝實現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，而且能夠使門極電荷量Qg、結(jié)電容也變小。目前SiC 器件能夠以很低的導(dǎo)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(dǎo)通電阻變低，則開關(guān)速度變慢) ，就可以實現(xiàn)低導(dǎo)通電阻、高耐壓、快速開關(guān)等各優(yōu)點兼?zhèn)涞钠骷?/p>

3Vd-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(dǎo)通損耗。而Si MOSFET 在150℃時導(dǎo)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(shè)計，且高溫下的導(dǎo)通電阻也很低。

4驅(qū)動門極電壓和導(dǎo)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(dǎo)通電阻（Vgs=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 的話，不能發(fā)揮出SiC 本來的低導(dǎo)通電阻的性能，所以為了得到充分的低導(dǎo)通電阻，推薦使用Vgs=18V左右進(jìn)行驅(qū)動。Vgs=13V 以下的話，有可能發(fā)生熱失控，請注意不要使用。

5Vg-Id特性

SiC MOSFET 的閾值電壓在數(shù)mA 的情況下定義的話，與Si‐MOSFET 相當(dāng)，室溫下大約3V（常閉）。但是，如果流通幾個安培電流的話，需要的門極電壓在室溫下約為8V 以上，所以可以認(rèn)為針對誤觸發(fā)的耐性與IGBT 相當(dāng)。溫度越高，閾值電壓越低。

6Turn-On特性

SiC‐MOSFET 的Turn‐on 速度與Si IGBT 和Si MOSFET 相當(dāng)，大約幾十ns。但是在感性負(fù)載開關(guān)的情況下，由通往上臂二極管的回流產(chǎn)生的恢復(fù)電流也流過下臂，由于各二極管性能的偏差，從而產(chǎn)生很大的損耗。Si FRD 和Si MOSFET 中的體二極管的通?；謴?fù)電流非常大，會產(chǎn)生很大的損耗，而且在高溫下該損耗有進(jìn)一步增大的趨勢。與此相反，SiC二極管不受溫度影響，可以快速恢復(fù)，SiC MOSFET 的體二極管雖然Vf 較高但是與碳化硅二極管相同，具有相當(dāng)?shù)目焖倩謴?fù)性能。通過這些快速恢復(fù)性能，可以減少Turn‐on 損耗（Eon）好幾成。開關(guān)速度極大程度上決定于外部的門極電阻Rg。為了實現(xiàn)快速動作，推薦使用幾Ω左右的低阻值門極電阻。另外還需要考慮到浪涌電壓，選擇合適的門極電阻。

7Turn-Off特性

SiC MOSFET 的最大特點是原理上不會產(chǎn)生如IGBT中經(jīng)常見到的尾電流。SiC 即使在1200V 以上的耐壓值時也可以采用快速的MOSFET 結(jié)構(gòu)，所以，與IGBT 相比，Turn‐off 損耗（Eoff）可以減少約90%，有利于電路的節(jié)能和散熱設(shè)備的簡化、小型化。而且，IGBT 的尾電流會隨著溫度的升高而增大，而SiC‐MOSFET 幾乎不受溫度的影響。另外，由于較大的開關(guān)損耗引起的發(fā)熱會致使結(jié)點溫度（Tj）超過額定值，所以IGBT 通常不能在20KHz 以上的高頻區(qū)域內(nèi)使用，但SiC MOSFET 由于Eoff 很小，所以可以進(jìn)行50KHz 以上的高頻開關(guān)動作。通過高頻化，可以使濾波器等被動器件小型化。

8內(nèi)部門極電阻

芯片內(nèi)部門極電阻與門極電極材料的薄層阻抗和芯片尺寸相關(guān)。如果是相同的設(shè)計，芯片內(nèi)部門極電阻與芯片尺寸呈反比例，芯片尺寸越小，門極電阻越大。SiC MOSFET 的芯片尺寸比Si 器件小，雖然結(jié)電容更小，但是同時門極電阻也就更大。

9門極驅(qū)動電路

SiC MOSFET 是一種易于驅(qū)動、驅(qū)動功率較少的常閉型、電壓驅(qū)動型的開關(guān)器件。基本的驅(qū)動方法和IGBT 以及Si MOSFET一樣。推薦的驅(qū)動門極電壓，ON 側(cè)時為+18V 左右，OFF 側(cè)時為0V。在要求高抗干擾性和快速開關(guān)的情況下，也可以施加‐3～‐5V 左右的負(fù)電壓。當(dāng)驅(qū)動大電流器件和功率模塊時，推薦采用緩沖電路。

10體二極管的 Vf 和逆向?qū)?/p>

與Si MOSFET 一樣，SiC MOSFET體內(nèi)也存在因PN結(jié)而形成的體二極管（寄生二極管）。但是由于SiC的帶隙是Si的3倍，所以SiC MOSFET的PN二極管的開啟電壓大概是3V左右，比較大，而且正向壓降（Vf）也比較高。以往，當(dāng)Si MOSFET外置回流用的快速二極管時，由于體二極管和外置二極管的Vf大小相等，為了防止朝向恢復(fù)慢的體二極管側(cè)回流，必須在MOSFET上串聯(lián)低電壓阻斷二極管，這樣的話，既增加了器件數(shù)量，也使導(dǎo)通損耗進(jìn)一步惡化。然而，SiC MOSFET的體二極管的Vf 比回流用的快速二極管的Vf還要高出很多，所以當(dāng)逆向并聯(lián)外置二極管時，不需要串聯(lián)低壓阻斷二極管。

體二極管的Vf比較高，這一問題可以通過如同整流一樣向門極輸入導(dǎo)通信號使其逆向?qū)▉斫档汀Ｄ孀凃?qū)動時，回流側(cè)的臂上多數(shù)是在死區(qū)時間結(jié)束之后輸入門極導(dǎo)通信號（請確認(rèn)使用中的CPU的動作），體二極管的通電只在死區(qū)時間期間發(fā)生，之后基本上是經(jīng)由溝道逆向流過。因此，即使在只由MOSFET（無逆向并聯(lián)的SBD）構(gòu)成的橋式電路中，體二極管的Vf較高也沒有問題。

11體二極管的恢復(fù)特性

SiC MOSFET的體二極管雖然是PN 二極管，但是少數(shù)載流子壽命較短，所以基本上沒有出現(xiàn)少數(shù)載流子的積聚效果，與SBD 一樣具有超快速恢復(fù)性能（幾十ns）。因此Si MOSFET的體二極管與IGBT外置的FRD相比，其恢復(fù)損耗可以減少到IGBT外置的FRD的幾分之一到幾十分之一。體二極管的恢復(fù)時間與SBD相同，是恒定的，不受正向輸入電流If的影響（dI/dt 恒定的情況下）。在逆變器應(yīng)用中，即使只由MOSFET 構(gòu)成橋式電路，也能夠?qū)崿F(xiàn)非常小的恢復(fù)損耗，同時還預(yù)期可以減少因恢復(fù)電流而產(chǎn)生的噪音，達(dá)到降噪。

從以上這些方面就能看出SiC MOSFET相對于Si IGBT和MOSFET的優(yōu)勢所在。

碳化硅mos的技術(shù)難點

綜合各種報道，難題不在芯片的原理設(shè)計，特別是芯片結(jié)構(gòu)設(shè)計解決好并不難。難在實現(xiàn)芯片結(jié)構(gòu)的制作工藝。當(dāng)然對于用戶最直接的原因是，SiC MOSFET 的價格相對較高。

舉例如下：

1摻雜工藝有特殊要求。如用擴散方法進(jìn)行慘雜，碳化硅擴散溫度遠(yuǎn)高于硅，此時掩蔽用的SiO2層已失去了掩蔽作用，而且碳化硅本身在這樣的高溫下也不穩(wěn)定，因此不宜采用擴散法摻雜，而要用離子注入摻雜。如果p型離子注入的雜質(zhì)使用鋁。由于鋁原子比碳原子大得多，注入對晶格的損傷和雜質(zhì)處于未激活狀態(tài)的情況都比較嚴(yán)重，往往要在相當(dāng)高的襯底溫度下進(jìn)行，并在更高的溫度下退火。這樣就帶來了晶片表面碳化硅分解、硅原子升華的問題。目前，p型離子注入的問題還比較多，從雜質(zhì)選擇到退火溫度的一系列工藝參數(shù)都還需要優(yōu)化。

2歐姆接觸的制作。歐姆接觸是器件電極引出十分重要的一項工藝。在碳化硅晶片上制造金屬電極，要求接觸電阻低于10- 5Ωcm2，電極材料用Ni和Al可以達(dá)到，但在100℃ 以上時熱穩(wěn)定性較差。采用Al/Ni/W/Au復(fù)合電極可以把熱穩(wěn)定性提高到600℃、100h ，不過其接觸比電阻高達(dá)10- 3Ωcm2 。所以要形成好的碳化硅的歐姆接觸比較難。

3配套材料的耐溫。碳化硅芯片可在600℃溫度下工作，但與其配套的材料就不見得能耐此高溫。例如，電極材料、焊料、外殼、絕緣材料等都限制了工作溫度的提高。

以上僅舉數(shù)例，不是全部。還有一些工藝問題還沒有理想的解決辦法，如碳化硅半導(dǎo)體表面挖槽工藝、終端鈍化工藝、柵氧層的界面態(tài)對碳化硅MOSFET器件的長期穩(wěn)定性影響方面，行業(yè)中還有沒有達(dá)成一致的結(jié)論等，影響了碳化硅功率器件的快速發(fā)展。

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MOSFET驅(qū)動器是一款高頻高電壓柵極驅(qū)動器，可利用一個同步 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和高達(dá) 100V 的電源電壓來驅(qū)動兩個 N 溝道 MOSFET。強大的驅(qū)動能力降低了具高柵極電容 MOSFET 中的開關(guān)損耗。針對兩個與電源無關(guān)的輸入進(jìn)行配置。高壓側(cè)輸入邏輯信號在內(nèi)部被電平移位至自舉電源，此電源可以在高出地電位達(dá) 114V 的電壓條件下運行。

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碳化硅磚http://www.rewell.net是以碳化硅為主要原料，將高純度碳化硅粉及高活性碳化硅微分混煉，經(jīng)注漿成型后在高溫下真空燒結(jié)使其再結(jié)晶的高檔耐火磚。

碳化硅磚的主要含量是SiC，含量在72%-99%。碳化硅磚因結(jié)合方式不同，所應(yīng)用的行業(yè)及熱工設(shè)備也有差別。瑞沃碳化硅磚生產(chǎn)廠家按結(jié)合方式不同分為粘土結(jié)合、塞隆結(jié)合、氧化鋁結(jié)合、自結(jié)合、高鋁結(jié)合、氮化硅結(jié)合等等。碳化硅磚的用途有哪些?主要應(yīng)用在什么地方?

碳化硅磚因使用原料為碳化硅，碳化硅又名金剛砂，是使用石英砂、焦炭、木屑等原料經(jīng)電爐高溫冶煉而成。碳化硅由于化學(xué)性能穩(wěn)定、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨性好，常用于制作高級耐火材料。

碳化硅磚利用碳化硅的耐腐蝕、耐高溫、強度大、導(dǎo)熱性好、抗沖擊等特性加工制作冶煉高溫爐襯，并應(yīng)用于多種高溫?zé)峁ぴO(shè)備。

碳化硅磚用途

碳化硅磚因結(jié)合方式不同，它的用途也略有差異，碳化硅磚主要用途就是作為熱工設(shè)備的內(nèi)襯，可根據(jù)熱工設(shè)備使用部位采用不同的結(jié)合方式加工制作不同規(guī)格的碳化硅制品，如碳化硅板、碳化硅環(huán)等。

碳化硅磚應(yīng)用

碳化硅磚在冶金行業(yè)中，主要應(yīng)用于鋁合金冶煉的熔鋁爐、鼓風(fēng)爐的二次風(fēng)口磚等;在電力行業(yè)中，主要應(yīng)用于鍋爐，作為鍋爐燃燒室噴口;在生活垃圾處理行業(yè)中，應(yīng)用于垃圾焚燒爐。

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