SiC MOS 、IGBT和超结MOS对比

在经过多年的技术积累后，硅碳化物 (SiC) MOSFET因其强大的击穿场和较低的损耗特性，逐渐受到工程师们的热烈追捧。目前，它们主要用于以绝缘栅双极晶体管（IGBT）为主导的键合部件领域。然而，在当今功率设备的大格局中，SiC MOSFET到底扮演了何种角色？
 

SiC MOSFET优势

与IGBT相比，硅碳化物金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）因其线性输出特性，特别是在部分负载下，可以实现显著降低的导通损耗。这与IGBT形成鲜明对比，后者存在膝电压现象（Vce_sat）。理论上，通过增大器件面积，设计师可以将导通损耗降低至微小的程度，而在IGBT中却无法如此。

 

开关损耗

从开关损耗角度看，在导通模式下由于不存在少数载流子，可以消除尾电流，实现极小的关断损耗。对比IGBT，开通损耗也得到了降低，主要是由于开通电流峰值较小。这两种损耗类型都不随温度增加而增大。然而，与IGBT不同的是，SiC MOSFET的开通损耗占主导，而关断损耗较小，这常常与IGBT的表现相反。

 

此外，由于垂直MOSFET结构本身包括一个强大的本体二极管，因此工程师不再需要额外的续流二极管。这个本体二极管基于pn二极管，SiC器件的膝电压大约为3V。现在有人可能会质疑，如果在二极管模式下导通损耗可能会很高。但实际仅在短暂的死区时间内工作。在这段200纳秒到500纳秒的时候内进行硬切换，对于零电压开关(ZVS)等揩振拓扑，这个时间应该少于50纳秒。

 

SiC MOSFET应用

最近，市场上有650V CoolSiC MOSFET衍生产品，可以广布于650V的产品组合。这种技术不仅能补充这个阻断电压级别的IGBT，还能补充CoolMOS技术。这两种设备都具有快速开关和线性电流-电压特性；然而，SiC MOSFET在硬切换和超过10kHz的切换频率下，允许本体二极管工作。基于横沟的SiC MOSFET将低导通电阻和防止过度栅氧化物场应力的优化设计相结合，提供了与 IGBT 相似的栅氧化物可靠性。

 

与超结MOS的对比

与超结设备相比，SiC MOSFET在输出电容电荷（Qoss）方面明显较低，并具有与漏电压特性更加平滑的电容。这些特点使SiC MOSFET能够用于如半桥和连续导通模式（CCM）图腾极等高效率桥拓扑。另一方面，CoolMOS部件会展示其在硬切换在本体二极管上导通不存在或者可以预防的应用中的优势。这为硅碳化物和超结MOSFET在600V至900V的电压类别中共存奠定了基础。