【導讀】dianlidianzizhuanhuanqizaikuaisufazhandegongyegejuzhongfahuizhezhiguanzhongyaodezuoyong。tamendeyingyongzhengzaizengjia，bingqiezaizhongduoxinjishuzhongfahuizhehexinzuoyong，baokuodiandongqiche
、牽引係統、太空探索任務、深層石油開采係統
、飛機係統等領域的進步。

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、深層石油開采係統、飛機係統等領域的進步。

電力電子電路不斷發展以實現更高的效率，絕緣柵雙極晶體管（IGBT）和金屬氧化物場效應晶體管（MOSFET）等電力電子設備為令人興奮的創新打開了大門。矽（Si）基功率器件長期以來一直主導著市場，但由於較低的帶隙和電擊穿場，其性能已達到極限。因此，開關頻率、阻斷電壓和工作溫度存在限製。

隨著采用寬帶隙（WBG）材料設計的革命性新器件的引入

，可以克服這些限製。碳化矽（SiC）是一種寬帶隙材料，已經上市約二十年。SiC的固有載流子密度要小得多
，允許高溫操作。此外，SiC的非常高的臨界電場使我們能夠設計額定值大於10 kV的設備。SiC器件的另一個理想特性是高開關速度和低寄生電容。這是因為較小的理想比傳導電阻允許SiC芯片小於Si器件。

SiC功gong率lv器qi件jian最zui重zhong要yao的de優you勢shi之zhi一yi可ke能neng是shi它ta們men能neng夠gou在zai更geng高gao的de溫wen度du下xia工gong作zuo。例li如ru
，目mu前qian正zheng在zai設she計ji電dian動dong飛fei機ji，因yin此ci動dong力li電dian子zi轉zhuan換huan器qi和he電dian動dong執zhi行xing器qi係xi統tong將jiang需xu要yao在zai熱re發fa動dong機ji附fu近jin承cheng受shou高gao溫wen。同tong樣yang，電dian動dong汽qi車che的de溫wen度du也ye可ke能neng在zai很hen寬kuan的de範fan圍wei內nei變bian化hua。功gong率lv器qi件jian在zai惡e劣lie環huan境jing中zhong工gong作zuo的de能neng力li對dui於yu許xu多duo新xin興xing工gong業ye應ying用yong至zhi關guan重zhong要yao。幸xing運yun的de是shi，與yu矽gui器qi件jian相xiang比bi，第di三san代dai半ban導dao體ti材cai料liao氮dan化hua镓jia（GaN）和SiC功率器件表現出越來越優越的特性。從理論上講


，SiC器件的WBG是矽的三倍，因此可以實現約600°C的結溫。

以下是對有前途的碳化矽功率器件的簡要介紹。

二極管

碳化矽肖特基勢壘二極管（SBD）是2001年上市的第一款商用碳化矽功率器件。SBD是SiC材料和肖特基二極管結構的組合，是Si PIN二極管的完美替代品。SBD優於Si PINerjiguandezuizhongyaotexingshiqikuaisufanxianghuifutexing。tabujinyouwangtigaoxiaolv，erqieyouyufanxianghuifudianliudi，erjiguanguanduanqijiandezhuanhuanqizhendanghedianciganrao（EMI）問題也減少了。

該二極管的另一個變體是SiC結勢壘肖特基二極管（JBS）。大多數商業化的SiC二極管都基於JBS結構，其中幾個P+區域組合成肖特基區域。因此
，很大一部分電場被推離肖特基勢壘，向P+區的下部區域推進。通過這種方式

，可以降低關斷狀態漏電流

，並且不會影響JBS二極管的速度。另一種類型的SiC二極管是SiC PIN二極管
，非常適合在10 kV至20 kV範圍內工作，因為電導率調製可有效降低漂移區域電阻。

碳化矽開關

在許多工業應用中
，功率半導體器件的阻斷電壓要求約為1.2至3.3 kV。碳化矽MOSFET屬於這一類。與Si IGBT相比，SiC MOSFET中的多數載流子導通機製可顯著降低開關損耗。碳化矽MOSFET在結構上可分為兩種類型：規劃器和溝槽。雙植入金屬氧化物場效應晶體管（DIMOSFET）是規劃器SiC MOSFET的一個例子。

除了提高電氣性能外
，可靠性是SiC MOSFET創新背後的另一個驅動力。此外，在航空航天應用和核電站中，所使用的功率器件必須能夠承受輻射。碳化矽MOSFET已被證明在這些環境中工作良好。SiC結場效應晶體管（JFETS）自2006年以來已上市。

碳化矽BJT非常可靠
，非常適合高溫環境。然而，缺點是驅動電流需要恒定穩定，隨著溫度的升高，電流增益減小，驅動損耗增加。對於10 kV及更高電壓

，SiC IGBT非常合適。

結語

SiC功率器件所展示的卓越動態特性為以前不切實際的電路鋪平了道路。與傳統的矽功率半導體器件相比，SiC電力電子器件具有許多優點，包括提高轉換器效率，減少體積和重量以及更簡單的散熱組件。

但是，大規模采用SiC功率轉換器仍然具有挑戰性。SiC技術在電氣係統中的應用需要詳細了解係統架構
，包括EMI和熱問題。另一個因素是SiC器件的成本相對較高。然而，基於SiC的轉換器可以徹底改變新興的工業係統和技術
，如太陽能逆變器，電動汽車
，感應加熱器和牽引係統等。這些設備的未來是有希望的。

（來源：國晶微半導體）

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