SiCMOSFET在汽车和电源应用中优势显著【芒果体育网站入口】

概要：传统硅基MOSFET技术日益成熟期，正在相似性能的理论无限大。宽带隙半导体的电、热和机械特性更佳，需要提升MOSFET的性能，是一项关注度很高的替代技术。

商用硅基功率MOSFET最迟40年的历史，自问世以来，MOSFET和IGBT仍然是开关电源的主要功率处置掌控组件，被普遍用作电源、电机驱动等电路设计。不过，这一顺利也让MOSFET和IGBT体会到因顺利反而不受其害的含义。

随着产品整体性能的提高，尤其是导通电阻和开关损耗的大幅度减少，这些半导体电源的应用于范围更加甚广。结果，市场对这些硅基MOSFET和IGBT的希望更加低，对性能的拒绝更加低。尽管主要的半导体研发机构和厂商下大力气符合市场拒绝，更进一步改良MOSFET／IGBT产品，但在某些时候，收益递增法则占到主导。几年来，尽管代价投放相当大，但效益进账不大。

技术和产品最后发展到一个代价与进账不成正比的阶段，并不少见，这是在为新的颠覆性方法和新产品问世奠下基础。对于MOSFET器件，这个颠覆性技术创新周期是研发和掌控新的基础材料的结果。

与基于显硅的MOSFET较为，基于碳化硅（SiC）的MOSFET的性能更胜一筹。请注意，本文对比测试所用产品不是研发样品或展示原型，而是早已商用的基于SiC的MOSFET。

作为一个最重要的较慢发展的应用领域，电动汽车和混动汽车（EV／HEV）的发展获益于MOSFET技术变革，反过来又推向了MOSFET的研发生产活动。不管消费者是如何想要的，这些装载电池的汽车不只是一个大型电池组相连数个机车电机那样非常简单（混动汽车还有一个小型汽油发动机给电池电池），而是必须大量电子模块来驱动系统运营，管理设备，继续执行类似功能，如图1右图。

图1：电动汽车和混合一动汽车不只是一台大容量电池连接数台机车电机，还有许多较小的电子子系统及电源，以及给大型电池组充放电和管理电池组的高功率子系统。电动汽车和混合一动汽车所用的功率电源切换系统还包括：·轮毂电机机车逆变器（200kW／最低20kHz）；·交流输出车载充电器（20kW／50kHz－200kHz）；·配备较慢电池功能（50kW／50kHz－200kHz）·辅助功能电源：中控台、电池管理控制、空调、信息娱乐系统、GPS、网络连接（4kW／50kHz－200kHz量级）为什么要侧重能效？续航里程似乎是消费者选配电动汽车和混合一动汽车的最重要考虑到因素之一。

逆变器的性能提升幅度即便较小，也能造成消费者需要看见的汽车基本性能指标明显提高。但是，拒绝低能效的好比于这一个因素，还有多种其它因素：·减少工作温度，提升可靠性；·减少热负荷，增加通过散热器、散热片、冷却液和其它技术弥漫的热量；·增加电池时间和基本用电量；·由于工作温度较高的系统固有的拒绝和容许，整体PCB必须具备更大的灵活性；·更为精彩地合乎法规拒绝。SiC应付挑战幸运地的是，SiC获取了一条通向更高能效以及提升涉及性能的途径。在结构和性能上，SiCMOSFET与主流的纯硅MOSFET有何有所不同？简而言之，SiCMOSFET是在SiCn＋衬底上加一个SiCn掺入外延层（又称飘移层），如图2右图。

关键参数导通电阻RDS（ON）在相当大程度上各不相同源近于／基极和飘移层之间的闸极电阻RDrift。图2：不同于显硅MOSFET，SiCMOSFET在n＋型SiC衬底上面制作一个碳化硅外延（飘移）层，源极和栅极置放SiC飘移层顶部。当RDrift值等价，结温是25？C时，SiC晶体管裸片实际面积是硅超结晶体管裸片面积的几分之一，如果使两个管子的芯片面积完全相同，那么SiC晶体管的性能要高达很多。

另一个较为SiC和硅的方法是用大家熟知的品质因数（FOM），即RDS（ON）×芯片面积（品质因数就越较低就越好）。

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