碳化硅半导体在功率器件领域的应用探析

王 立，贾淑文

（西安锐智翼电子科技有限公司，西安 710000）

从现阶段发展而言，SiC器件在我们生活中已经非常普遍，能够有效推动工业设备领域持续发展，从而达到能源节约、能源创新以及能源储藏的效果。除此之外，在早期的半导体功率元器件领域中，可以实现全面覆盖的复合性产品群。

1 SiC器件的特点及应用

碳化硅半导体具有高频、高耐压、低损耗、高热导率、对光波透明等优良性质，因此被广泛应用与各个领域，具有较高的利用价值。在家庭中，应用最广的则是电脑电源以及空调，在工业生产中则是搬运机器人、高频电源以及调节器等，而在城市发展中则主要为电动汽车、发电以及相关医疗设备。

2 SiC器件的产品

2.1 SiC肖特基二极管

现如今SiC在市场中的应用已经超过了10年，早在21世纪初的时候，全世界第一个以SiC为基础的二极管制造厂商便诞生了。各国器件制造厂商现如今还在针对新型产品的阵容予以扩充。相比于传统产品，新型产品不但能够保持较短的恢复时间实践，而且还能在一定程度上减少正向电压。

现如今，该系列的产品主要包括650V、1200V、1700V几种耐压。不仅如此，相比于硅材质的二极管，其可以有效减少反向恢复造成的损耗。所以，在当前家电以及电源行业中有着较高的普及率。

2.2 SiC MOSFET

长期一来，相比于肖特基二极管，SiC MOSFET很容易在通电之后造成特性劣化的问题发生，从而对其量产化造成了较大的阻碍。相比于IGBT，SiC MOSFET在开关损耗方面相对较低，仅仅只有前者的1/6左右。所以，其应用设备的体积得到了进一步缩小，电力转换效率方面也得到了一定的提升。

除此之外，当前最新的设计所主要采用的是以沟槽为主的分立器件产品，并也逐步开始实现量产。相比于早期产品，新型产品在确保尺寸并没有发生改变的前提下，使得导通电阻整整下降了55%，同时输入电容也随之下降了38%。由此能够发现，在未来还会有更多低电阻的产品出现。

2.3 SiC功率模块

SiC功率元件基本上全部都由功率模块所组成，并且在2012年的时候开始进行量产。不仅如此，以1200V 300A为基础的新型功率模块也在研发中，且预计能够在这两年开始量产。为了能够使模块产品实现电流定额，内部电感的降低是主要难题。而在依靠SiC布局并且对内部布线重新优化之后，其电感得到了有效减少，从而可以完成300A的高电流化。

3 SiC的扩展产品

3.1 IGBT单品

现如今SiC已经推出了两种耐压产品，分别是RGTH系列以及RGT系列。其中RGTH系列不但具有低保和的电压特点，而且对于电路的转换有着比较高的要求，因此在改善电路以及升压电路中有着比较好的应用效果。而RGT系列则具有较强的低保和特性，而且能够为逆变器电路提供足够的短路耐量，也正是由于这个原因，经常会应用与空调之中。这两种系列全部都包括将超高速软恢复集中在模块之内的产品。在以后，设计企业还会对于1200V的耐压产品予以优化，确保其能够满足车载应用的产品阵容之中。

3.2 点火装置用的IGBT

为了能够满足车载应用产品的实际需求，相关企业推出了能够进行发动机点火的装置IGBT，这种产品不仅可以确保雪崩耐量能够满足正常使用的需求，同时还能体现出低保和的基本特性。一般主要利用D-PAK进行外部封装，并且能够达到汽车基础元件的使用标准。

3.3 IPM产品

至于IPM产品新增加了IGBT单品、高速恢复的FRD以及栅极驱动IC和IPM。这种产品主要采用了600V的栅极驱动IC，不会有任何由于闭锁造成的不良影响出现。自举电路中的电阻主要以电流限制方式为主，不仅能够对浪涌电流予以抑制，促使浮动电源更具稳定性。一般情况下，预计两种面向低容量的驱动器产品，这种产品可以在较低的频率中进行驱动以及在较高的频率中驱动，以此减少开关中的损耗，从而实现量产。

不但是IGBT，应用于逆变驱动且功耗较低的产品也都将会有新型产品出现，以此提升工业生产的效率。而在新型产品MPSFET中，还可以依靠IC控制技术减少IPM中的电流损耗，基本上大概下降了44%左右。

不仅如此，除了能够降低功耗之外，可以节省能源的消耗，从而可以有效降低IPM相关产品的设计负担。

4 结束语

综上所述，当前半导体SiC元器件不但有着较大的应用率，在硅半导体中同样十分受欢迎，其产品阵容也在不断扩大。

[1] 王学梅.宽禁带碳化硅功率器件在电动汽车中的研究与应用[J].中国电机工程学报，2016，34（3）：371-379.

[2] 潘三博，黄军成，刘建民.碳化硅功率器件在电力电子中的应用[J].上海电机学院学报，2015，16（3）：107-112.