一文吃透 SiC-MOSFET：性能、特性全面碾压传统器件，引领功率半导体新时代

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一文吃透 SiC-MOSFET：性能、特性全面碾压传统器件，引领功率半导体新时代

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在电子技术飞速发展的当下，功率半导体器件的革新不断推动着各领域的进步。其中，碳化硅（SiC）MOSFET 以其卓越的性能，正逐渐崭露头角，成为众多工程师和科技爱好者关注的焦点。SiC MOSFET 不仅拥有快速开关速度，能够在高频应用场景中高效运作，大幅提升电路的响应速度与整体效率，而且作为SiC功率器件家族的重要成员，凭借碳化硅材料的独特优势，与传统的 Si-MOSFET（硅金属氧化物半导体场效应晶体管）和 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）相比，展现出诸多独特的优势，这些优势不仅改变了功率器件的格局，也为未来的电子设备发展指明了新方向。

导通特性

SiC-MOSFET 最显著的特点之一，便是其独特的导通特性。与 IGBT 不同，它不存在开启电压，这意味着在从小电流到大电流的宽电流范围内，都能实现低导通损耗。反观 Si-MOSFET，在 150℃时导通电阻会上升至室温条件下的 2 倍以上，而 SiC-MOSFET 的上升率则相对较低，这使得它在热设计方面更具优势，高温下的导通电阻也能保持在很低的水平。

驱动门极电压和导通电阻

在驱动门极电压和导通电阻方面，SiC-MOSFET 有着自己的特性。其漂移层阻抗比 Si-MOSFET 低，但由于当前技术水平下，MOS 沟道部分的迁移率较低，导致沟道部的阻抗比 Si 器件高。所以，门极电压越高，导通电阻越低，不过当 Vgs 达到 20V 以上时会逐渐饱和。为充分发挥 SiC-MOSFET 低导通电阻的性能，推荐使用 Vgs=18V 左右进行驱动，若 Vgs 低于 13V，则有可能发生热失控，需谨慎使用。

Vg-Id 特性

从 Vg-Id 特性来看，SiC-MOSFET 的阈值电压在数 mA 情况下定义时，与 Si-MOSFET 相当，室温下大约 3V（常闭）。但当流通几 A 电流时，室温下所需门极电压约为 8V 以上，这表明它针对误触发的耐性与 IGBT 相当，且温度越高，阈值电压越低。

开关特性

在开关特性上，SiC-MOSFET 同样表现出色。其 Turn-on 速度与 Si-IGBT 和 Si-MOSFET 相当，大约几十 ns。在感性负载开关情况下，虽然会有由通往上臂二极管的回流产生的恢复电流流向下臂，但 SiC-MOSFET 的体二极管与 SiC-SBD 一样具有快速恢复性能，能有效减少 Turn-on 损耗。而在 Turn-off 特性方面，SiC-MOSFET 最大的优势在于原理上不会产生如 IGBT 中常见的尾电流，与 IGBT 相比，Turn-off 损耗可减少约 90%，这不仅有利于电路的节能，还能简化散热设备，实现小型化。并且，它几乎不受温度影响，能在 50KHz 以上的高频区域进行开关动作，而 IGBT 由于开关损耗大，通常不能在 20KHz 以上的高频区域使用。

芯片尺寸与门极电阻

SiC-MOSFET 的芯片内部门极电阻与芯片尺寸呈反比例，芯片尺寸越小，门极电阻越大。其芯片尺寸比 Si 器件小，虽结电容更小，但门极电阻也更大。1200V 80mΩ 的 SiC-MOSFET 产品内部门极电阻大约为 6.3Ω 。为实现快速开关，需选用几 Ω 左右尽量小阻值的外部门极电阻，并充分考虑浪涌电压。

门极驱动电路

在门极驱动电路上，SiC-MOSFET 是易于驱动、驱动功率较少的常闭型、电压驱动型开关器件，基本驱动方法与 IGBT 以及 Si-MOSFET 一样，推荐 ON 侧驱动门极电压为 + 18V 左右，OFF 侧为 0V，在要求高抗干扰性和快速开关时，可施加 - 3~-5V 左右的负电压。

体二极管特性

SiC-MOSFET 体内存在体二极管，由于 SiC 带隙是 Si 的 3 倍，其 PN 二极管开启电压大概 3V，正向压降较高。但也正因如此，当逆向并联外置二极管时，无需串联低压阻断二极管。而且其体二极管的恢复特性非常快速，与 SBD 一样具有超快速恢复性能，恢复损耗可减少到 IGBT 外置 FRD 的几分之一到几十分之一，在逆变器应用中，能有效减少恢复损耗和噪音。