碳化硅半導體在功率器件領域的應用探析

王 立，賈淑文

（西安銳智翼電子科技有限公司，西安 710000）

從現階段發展而言，SiC器件在我們生活中已經非常普遍，能夠有效推動工業設備領域持續發展，從而達到能源節約、能源創新以及能源儲藏的效果。除此之外，在早期的半導體功率元器件領域中，可以實現全面覆蓋的復合性產品群。

1 SiC器件的特點及應用

碳化硅半導體具有高頻、高耐壓、低損耗、高熱導率、對光波透明等優良性質，因此被廣泛應用與各個領域，具有較高的利用價值。在家庭中，應用最廣的則是電腦電源以及空調，在工業生產中則是搬運機器人、高頻電源以及調節器等，而在城市發展中則主要為電動汽車、發電以及相關醫療設備。

2 SiC器件的產品

2.1 SiC肖特基二極管

現如今SiC在市場中的應用已經超過了10年，早在21世紀初的時候，全世界第一個以SiC為基礎的二極管制造廠商便誕生了。各國器件制造廠商現如今還在針對新型產品的陣容予以擴充。相比于傳統產品，新型產品不但能夠保持較短的恢復時間實踐，而且還能在一定程度上減少正向電壓。

現如今，該系列的產品主要包括650V、1200V、1700V幾種耐壓。不僅如此，相比于硅材質的二極管，其可以有效減少反向恢復造成的損耗。所以，在當前家電以及電源行業中有著較高的普及率。

2.2 SiC MOSFET

長期一來，相比于肖特基二極管，SiC MOSFET很容易在通電之后造成特性劣化的問題發生，從而對其量產化造成了較大的阻礙。相比于IGBT，SiC MOSFET在開關損耗方面相對較低，僅僅只有前者的1/6左右。所以，其應用設備的體積得到了進一步縮小，電力轉換效率方面也得到了一定的提升。

除此之外，當前最新的設計所主要采用的是以溝槽為主的分立器件產品，并也逐步開始實現量產。相比于早期產品，新型產品在確保尺寸并沒有發生改變的前提下，使得導通電阻整整下降了55%，同時輸入電容也隨之下降了38%。由此能夠發現，在未來還會有更多低電阻的產品出現。

2.3 SiC功率模塊

SiC功率元件基本上全部都由功率模塊所組成，并且在2012年的時候開始進行量產。不僅如此，以1200V 300A為基礎的新型功率模塊也在研發中，且預計能夠在這兩年開始量產。為了能夠使模塊產品實現電流定額，內部電感的降低是主要難題。而在依靠SiC布局并且對內部布線重新優化之后，其電感得到了有效減少，從而可以完成300A的高電流化。

3 SiC的擴展產品

3.1 IGBT單品

現如今SiC已經推出了兩種耐壓產品，分別是RGTH系列以及RGT系列。其中RGTH系列不但具有低保和的電壓特點，而且對于電路的轉換有著比較高的要求，因此在改善電路以及升壓電路中有著比較好的應用效果。而RGT系列則具有較強的低保和特性，而且能夠為逆變器電路提供足夠的短路耐量，也正是由于這個原因，經常會應用與空調之中。這兩種系列全部都包括將超高速軟恢復集中在模塊之內的產品。在以后，設計企業還會對于1200V的耐壓產品予以優化，確保其能夠滿足車載應用的產品陣容之中。

3.2 點火裝置用的IGBT

為了能夠滿足車載應用產品的實際需求，相關企業推出了能夠進行發動機點火的裝置IGBT，這種產品不僅可以確保雪崩耐量能夠滿足正常使用的需求，同時還能體現出低保和的基本特性。一般主要利用D-PAK進行外部封裝，并且能夠達到汽車基礎元件的使用標準。

3.3 IPM產品

至于IPM產品新增加了IGBT單品、高速恢復的FRD以及柵極驅動IC和IPM。這種產品主要采用了600V的柵極驅動IC，不會有任何由于閉鎖造成的不良影響出現。自舉電路中的電阻主要以電流限制方式為主，不僅能夠對浪涌電流予以抑制，促使浮動電源更具穩定性。一般情況下，預計兩種面向低容量的驅動器產品，這種產品可以在較低的頻率中進行驅動以及在較高的頻率中驅動，以此減少開關中的損耗，從而實現量產。

不但是IGBT，應用于逆變驅動且功耗較低的產品也都將會有新型產品出現，以此提升工業生產的效率。而在新型產品MPSFET中，還可以依靠IC控制技術減少IPM中的電流損耗，基本上大概下降了44%左右。

不僅如此，除了能夠降低功耗之外，可以節省能源的消耗，從而可以有效降低IPM相關產品的設計負擔。

4 結束語

綜上所述，當前半導體SiC元器件不但有著較大的應用率，在硅半導體中同樣十分受歡迎，其產品陣容也在不斷擴大。

[1] 王學梅.寬禁帶碳化硅功率器件在電動汽車中的研究與應用[J].中國電機工程學報，2016，34（3）：371-379.

[2] 潘三博，黃軍成，劉建民.碳化硅功率器件在電力電子中的應用[J].上海電機學院學報，2015，16（3）：107-112.