Si材料中越是高耐壓器件,單位面積的導通電阻也越大(以耐壓值的約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(guò)電導率調制,向漂移層內注入作為少數載流子的空穴,因此導通電阻比MOSFET還要小,但是同時(shí)由于少數載流子的積聚,在Turn-off時(shí)會(huì )產(chǎn)生尾電流,從而造成極大的開(kāi)關(guān)損耗。
SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低,不需要進(jìn)行電導率調制就能夠以MOSFET實(shí)現高耐壓和低阻抗。
而且MOSFET原理上不產(chǎn)生尾電流,所以用SiC-MOSFET替代IGBT時(shí),能夠明顯地減少開(kāi)關(guān)損耗,并且實(shí)現散熱部件的小型化。
另外,SiC-MOSFET能夠在IGBT不能工作的高頻條件下驅動(dòng),從而也可以實(shí)現無(wú)源器件的小型化。
與600V~900V的Si-MOSFET相比,SiC-MOSFET的優(yōu)勢在于芯片面積?。蓪?shí)現小型封裝),而且體二極管的恢復損耗非常小。
主要應用于工業(yè)機器電源、高效率功率調節器的逆變器或轉換器中。
SiC的絕緣擊穿場(chǎng)強是Si的10倍,所以能夠以低阻抗、薄厚度的漂移層實(shí)現高耐壓。 SiC-MOSFET與IGBT不同,不存在開(kāi)啟電壓,所以從小電流到大電流的寬電流范圍內都能夠實(shí)現低導通損耗。 SiC-MOSFET的漂移層阻抗比Si-MOSFET低,但是另一方面,按照現在的技術(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。2. 標準化導通電阻
因此,在相同的耐壓值情況下,SiC可以得到標準化導通電阻(單位面積導通電阻)更低的器件。
例如900V時(shí),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(shí)現相同的導通電阻。
不僅能夠以小封裝實(shí)現低導通電阻,而且能夠使門(mén)極電荷量Qg、結電容也變小。
SJ-MOSFET只有900V的產(chǎn)品,但是SiC卻能夠以很低的導通電阻輕松實(shí)現1700V以上的耐壓。
因此,沒(méi)有必要再采用IGBT這種雙極型器件結構(導通電阻變低,則開(kāi)關(guān)速度變慢),就可以實(shí)現低導通電阻、高耐壓、快速開(kāi)關(guān)等各優(yōu)點(diǎn)兼備的器件。3. VD - ID特性
而Si-MOSFET在150°C時(shí)導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,因此易于熱設計,且高溫下的導通電阻也很低。4. 驅動(dòng)門(mén)極電壓和導通電阻
因此,越高的門(mén)極電壓,可以得到越低的導通電阻(VCS=20V以上則逐漸飽和)。
如果使用一般IGBT和Si-MOSFET使用的驅動(dòng)電壓VGS=10~15V不能發(fā)揮出SiC本來(lái)的低導通電阻的性能,所以為了得到充分的低導通電阻,推薦使用VGS=18V左右進(jìn)行驅動(dòng)。