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什么叫sic功率器件?

2020-09-11

1. 器件结构和特征

si材料中越是高耐压器件,单位面积的导通电阻也越大(以耐压值的约2~2.5次方的比例增加),因此600v以上的电压中主要采用igbt(绝缘栅极双极型晶体管)。
igbt通过电导率调制,向漂移层内注入作为少数载流子的空穴,因此导通电阻比mosfet还要小,但是同时由于少数载流子的积聚,在turn-off时会产生尾电流,从而造成极大的开关损耗。
sic器件漂移层的阻抗比si器件低,不需要进行电导率调制就能够以mosfet实现高耐压和低阻抗。
而且mosfet原理上不产生尾电流,所以用sic-mosfet替代igbt时,能够明显地减少开关损耗,并且实现散热部件的小型化。
另外,sic-mosfet能够在igbt不能工作的高频条件下驱动,从而也可以实现无源器件的小型化。
与600v~900v的si-mosfet相比,sic-mosfet的优势在于芯片面积小(可实现小型封装),而且体二极管的恢复损耗非常小。
主要应用于工业机器电源、高效率功率调节器的逆变器或转换器中。

2. 标准化导通电阻

sic的绝缘击穿场强是si的10倍,所以能够以低阻抗、薄厚度的漂移层实现高耐压。
因此,在相同的耐压值情况下,sic可以得到标准化导通电阻(单位面积导通电阻)更低的器件。
例如900v时,sic-mosfet的芯片尺寸只需要si-mosfet的35分之1、sj-mosfet的10分之1,就可以实现相同的导通电阻。
不仅能够以小封装实现低导通电阻,而且能够使门极电荷量qg、结电容也变小。
sj-mosfet只有900v的产品,但是sic却能够以很低的导通电阻轻松实现1700v以上的耐压。
因此,没有必要再采用igbt这种双极型器件结构(导通电阻变低,则开关速度变慢),就可以实现低导通电阻、高耐压、快速开关等各优点兼备的器件。

3. vd - id特性

sic-mosfet与igbt不同,不存在开启电压,所以从小电流到大电流的宽电流范围内都能够实现低导通损耗。
而si-mosfet在150°c时导通电阻上升为室温条件下的2倍以上,与si-mosfet不同,sic-mosfet的上升率比较低,因此易于热设计,且高温下的导通电阻也很低。

4. 驱动门极电压和导通电阻

sic-mosfet的漂移层阻抗比si-mosfet低,但是另一方面,按照现在的技术水平,sic-mosfet的mos沟道部分的迁移率比较低,所以沟道部的阻抗比si器件要高。
因此,越高的门极电压,可以得到越低的导通电阻(vcs=20v以上则逐渐饱和)。
如果使用一般igbt和si-mosfet使用的驱动电压vgs=10~15v不能发挥出sic本来的低导通电阻的性能,所以为了得到充分的低导通电阻,推荐使用vgs=18v左右进行驱动。


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