現實與理想的差異，對於功率器件的主要要求包括：

 

✦低導通電壓(低導通電阻)

✦低漏電流

✦能夠以最小的電流 / 電壓進行快速切換

這些與導通損耗、關斷損耗和開關損耗有著直接的關係。除此之外，

✦較大的安全工作區域(魯棒性)和可靠性也是極為重要！

 

而在這些方麵
，SiC 表現出了巨大的發展潛力。

 

2
、電場強度、導通電阻

下圖是相同擊穿電壓下 SiC 和 Si 的單側突變結中的電場分布：

 

 

 

可見，SiC 的擊穿電場強度是 Si 的 10 倍左右，所以 SiC 功率器件中的電壓阻擋層的厚度可以是 Si 器件中的 1/10。並且其摻雜濃度也可以高出兩個數量級，因此在任何給定的阻斷電壓下，SiC 代替 Si 的單極器件中可以將漂移層的電阻降低 2~3 個數量級。

 

這一特點對於高壓場合顯得尤為重要，漂移層電阻 Rdrift 與阻斷電壓 VB 的(2~2.5,這個係數需要綜合考慮來確定)成比例
，並且也是覺得器件總導通電阻 Ron 的主要因素。

 

沒有內置電壓的功率器件的導通損耗 Pon，由 Ron*J²on 決定
，其中 Jon 是導通電流密度(在額定電流下一般為 100~300A/cm²)。因此，SiC 器件極低的抗漂移性有助於降低導通損耗。

 

下圖是 Si 和 SiC 單極器件的最小導通電阻(漂移層電阻)相對於阻斷電壓的曲線：

 

 

 

最小導通電阻我們可以由下式得出：

 

Rdrift=4VB²/(ηεμEB³)

 

其中
，ε

、μ和 EB 分別是介電常數、遷移率和擊穿場強
；η是室溫下摻雜劑的電離率(“2 次方”是上文提到的係數)。

 

在輕摻雜的 n 型 SiC 中，由於氮供體相對較淺，η約為 0.85~1.0。這(zhe)對(dui)於(yu)寬(kuan)帶(dai)隙(xi)半(ban)導(dao)體(ti)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)
，在(zai)寬(kuan)帶(dai)隙(xi)半(ban)導(dao)體(ti)中(zhong)經(jing)常(chang)會(hui)觀(guan)察(cha)到(dao)摻(chan)雜(za)劑(ji)的(de)不(bu)完(wan)全(quan)電(dian)離(li)
，實(shi)際(ji)上(shang)，由(you)於(yu)室(shi)溫(wen)下(xia)鋁(lv)受(shou)體(ti)的(de)空(kong)穴(xue)遷(qian)移(yi)率(lv)較(jiao)低(di)並(bing)且(qie)離(li)子(zi)化(hua)率(lv)小(xiao)，所(suo)以(yi) p 型 SiC 肖特基二極管和功率 MOS 無法與 Si 基競爭。

 

3
、"快速"切換

SiC 功率器件的另一個重要特點就是快速切換

，反向恢複小，能夠滿足更高的頻率。中高壓應用中，Si 基ji的de雙shuang極ji型xing器qi件jian通tong過guo少shao數shu載zai流liu子zi的de注zhu入ru，電dian導dao率lv調tiao製zhi能neng夠gou顯xian著zhu的de降jiang低di導dao通tong電dian阻zu。但dan是shi
，雙shuang極ji型xing器qi件jian存cun在zai少shao數shu載zai流liu子zi存cun儲chu的de原yuan因yin

，導dao致zhi開kai關guan速su度du較jiao慢man以yi及ji關guan斷duan操cao作zuo中zhong的de反fan向xiang恢hui複fu大da。而er，這zhe些xie應ying用yong中zhong
，SiC 單極器件由於導通電阻很低並且不存在少數載流子存儲，可以成為較理想的選擇。SiC 雙極型器件也可以提供快速切換，因為電壓阻擋區的厚度薄了約 10 倍(上麵提到過)，與 Si 的雙極型器件相比，該區域中存儲的電荷相應地小了約 10 倍。

 

4

、高結溫和工藝技術

由於帶隙寬和化學穩定性，使用 SiC 器件的設備可以在高溫(＞250℃)下運行，這一點在當下的應用中無疑十分吸引人
，更高的溫度上限可以優化散熱裝置
，而 SiC 器件本身甚至可以在 500℃或更高的溫度下運行。

 

而封裝技術是 SiC 功率器件發展的另一個重要問題。

 

比如，由於摻雜劑在 SiC 中極小的擴散常數，通過擴散工藝進行雜質摻雜很難實現，所以一般通過外延生長或者離子注入來進行摻雜；

在 SiC 中(zhong)
，即(ji)使(shi)在(zai)高(gao)溫(wen)活(huo)化(hua)退(tui)火(huo)之(zhi)後(hou)
，高(gao)密(mi)度(du)的(de)深(shen)能(neng)級(ji)和(he)擴(kuo)展(zhan)的(de)缺(que)陷(xian)仍(reng)保(bao)留(liu)在(zai)離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)區(qu)以(yi)及(ji)注(zhu)入(ru)尾(wei)部(bu)內(nei)，這(zhe)導(dao)致(zhi)注(zhu)入(ru)結(jie)附(fu)近(jin)的(de)載(zai)流(liu)子(zi)壽(shou)命(ming)很(hen)短(duan)(＜0.1us)

，這不利於雙極型器件，所以有效的載流子注入和擴散是必不可少的。

 

所以，SiC 雙極型器件中的 pn 結僅通過外延生長來製造，但是對於製造 SBD 和 MOSFET 之類的 SiC 單(dan)極(ji)器(qi)件(jian)，由(you)於(yu)其(qi)通(tong)過(guo)注(zhu)入(ru)結(jie)可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)幾(ji)乎(hu)理(li)想(xiang)的(de)擊(ji)穿(chuan)特(te)性(xing)
，並(bing)且(qie)單(dan)極(ji)器(qi)件(jian)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)中(zhong)並(bing)不(bu)涉(she)及(ji)載(zai)流(liu)子(zi)注(zhu)入(ru)
，所(suo)以(yi)離(li)子(zi)注(zhu)入(ru)比(bi)較(jiao)有(you)用(yong)。

 

(摻雜等可以查看之前的推送)

 

5、更高的電壓等級

下圖是 Si 基和 SiC 基的單極 / 雙極型功率器件的電壓等級分布：

 

 

 

對於 Si 基功率器件
，單極和雙極器件的分界線在 300~600V
，而在 SiC 功率器件中，這個邊界向後移動了大約 10 倍的阻斷電壓，即幾 kV。預計 SiC 將在 300V~6500V 的阻斷電壓範圍內替代 Si 的雙極型器件，並且 SiC 的雙極型器件在 10kV 以上的超高壓應用中也是"魅"不可擋。

 

可見，SiC 的發展不僅在於其本身的特性，還在於外部因素的適配。當然，隨著時間的推移，這些都將會逐一解決！