碳化硅SIC MOS的优点:高频高效，耐压性高，可靠性高。节能降耗，体积小，重量低，功率密度高。

与传统MOSFET相比，IGBT具有以下优点：

╱ 高工作频率 ╱

传统的MOSFET工作频率约为60KHZ，而碳化硅MOSFET工作频率约为1MHZ

用途：高频工作可以减少电源系统中电容器、电感器或变压器的体积，降低电源成本，使电源小型化、美观化。从而实现电源的升级。

╱ 低导通阻抗 ╱

对于传统的MOSFET来说，碳化硅MOSFET单管最小内阻可达15毫欧，这是不可想象的。

用途：易于满足能效要求，减少散热器的使用，减少电源体积和重量，电源温度更低，可靠性更高。

╱ 耐压高 ╱

碳化硅MOSFET目前量产的耐压性可达3300V，一般MOSFET耐压900V，IGBT常见耐压1200V。

╱ 耐高温 ╱

碳化硅MOSFET芯片结温可达300度，稳定性远高于传统MOSFET

综上所述，碳化硅MOSFET的使用可以使电源在一些高温高压环境下实现高效、小体积的必要性。

碳化硅MOSFET的使用：

╱ 价格 ╱

目前价格略高，在PD领域可以和氮化镓HEMT的价格持平，但是随着客户数量的增加和技术技术的提高，价格越来越低。其中，2020年价格下跌40%，相信2021年以后会有更优惠的价格给大家。

╱ 应用方面 ╱

芯片脚位与传统MOSFET完全相同，驱动电压略有不同，开启电压最好为18-20V，关闭电压：-3V，小功率无负压关闭。

一、 与硅MOS相比，碳化硅MOS具有很大的优势

SiC设备的结构和特点

在Si材料中，耐压装置越高，单位面积的导电阻就越大（通常耐压值约为2-2.5倍）。因此，IGBT（绝缘栅极双极晶体管）主要用于600V以上的电压。通过电导率调制，IGBT将作为少数载流子的空穴注入漂移层，因此导流电阻小于MOSFET，但同时由于少数载流子的积累，在关闭时会产生尾电流，造成很大的开关损耗。

SiC设备漂移层的阻抗低于Si设备，可以实现高频设备结构的MOSFET的高耐压和低阻抗，无需电导率调制。而且MOSFET原则上不产生尾电流，所以使用SiC MOSFET取代IGBT时，可明显减少开关损耗，实现散热部件的小型化。另外，SiC 在IGBT无法工作的高频条件下，MOSFET可以驱动，从而实现被动器件的小型化。与600V～1200V的Si 与MOSFET相比，SiC MOSFET的优点是芯片面积小(可实现小包装)，体二极管恢复损耗很小。

SiC Mosfet的导电阻

SiC Si的绝缘击穿场强是Si 因此，高耐压可以通过低阻抗、薄厚度的漂移层来实现。因此，在相同的耐压值下，SiC 标准化导通电阻(单位面积导通电阻)较低的设备可获得。例如900V时，SiC‐MOSFET 芯片尺寸只需要Si‐MOSFET 的35分之1、SJ‐MOSFET 同样的导通电阻可以在10分之一实现。不仅可以通过小包装实现低导电阻，还可以使门极电荷QG、结电容也变小了。目前SiC 该装置可以轻松实现1700V以上的耐压性，具有非常低的导电阻。所以没有必要再采用IGBT这种双极器件结构(如果导通电阻变低，开关速度就会变慢) ，具有低导电阻、高耐压、快速开关等优点的设备。

3Vd-Id特性

SiC‐MOSFET 与IGBT 不同的是，没有开启电压，因此从小电流到大电流的宽电流范围可以实现低导通损耗。Si MOSFET 导通电阻在150℃上升到室温下的2 超过一倍，和Si MOSFET 不同，SiC MOSFET的上升率相对较低，因此易于热设计，高温下的导电阻也很低。

驱动门极电压和导电阻

SiC‐MOSFET 漂移层阻抗比Si MOSFET 但另一方面，根据目前的技术水平，SiC MOSFETMOS 沟道部分的迁移率相对较低，因此沟道部分的阻抗率低于Si 器件要高。因此，门极电压越高，导电阻越低（Vgs=20V 以上逐渐饱和)。如果使用一般IGBT 和Si MOSFET 驱动电压Vgs=10～15V 如果不能发挥SiC 本来低导通电阻的性能，所以为了获得足够的低导通电阻，建议使用Vgs=18V左右驱动。Vgs=13V 如下所示，可能会发生热失控，请注意不要使用

Vg-Id特性

SiC MOSFET 阈值电压为数ma 在定义的情况下，安森美半导体，ONSemi与Si相比‐MOSFET 相当，室温约为3V(常闭)。但是，如果流通几个安培电流，所需的门极电压在室温下约为8V 因此，可以认为针对误触发的耐性和IGBT 相当。温度越高，阈值电压越低。

Turn-On特性

SiC‐MOSFET 的Turn‐on 速度与Si IGBT 和Si MOSFET 相当，几十ns左右。但在感性负载开关的情况下，通往上臂二极管的回流产生的恢复电流也流过下臂，由于各二极管性能的偏差，造成了很大的损失。Si FRD 和Si MOSFET 中体二极管的恢复电流通常很大，会造成很大的损失，而且在高温下损失有进一步增加的趋势。相反，SiC二极管不受温度影响，能迅速恢复，SiC MOSFET 虽然体二极管是Vf 较高但与碳化硅二极管相同，具有较快的恢复性能。通过这些快速恢复性能，可以减少Turn‐on 损耗（Eon）好几成。开关速度在很大程度上取决于外部门极电阻RG。为了实现快速动作，建议使用几个Ω左右低阻门极电阻。此外，还需要考虑浪涌电压，选择合适的门极电阻。

Turn-Off特性

SiC MOSFET 最大的特点是原则上不会产生IGBT中常见的尾电流。SiC 即使在1200V 快速MOSFET也可用于上述耐压值 因此，与IGBT的结构， 相比，Turn‐off 损耗（Eoff）可减少约90%，有利于电路节能和散热设备的简化、小型化。而且，IGBT 随着温度的升高，SiC的尾电流会增加‐MOSFET 几乎不受温度的影响。此外，开关损耗大引起的加热会导致结点温度（Tj）因此，IGBT超过额定值 20KHz通常不在20KHz SiC用于上述高频区域，但是 MOSFET 因为Eoff 它很小，所以可以进行50KHz 上述高频开关动作。滤波器等被动器件可以通过高频化小型化。

内部极电阻

芯片内部极电阻与门极电极材料的薄层阻抗和芯片尺寸有关。如果设计相同，芯片内部极电阻与芯片尺寸成反比。芯片尺寸越小，门极电阻越大。SiC MOSFET 芯片尺寸比Si大 设备小，虽然结电容较小，但同时门极电阻也较大。

门极驱动电路

SiC MOSFET 它是一种常闭型、电压驱动型的开关装置，驱动方便，驱动功率低。IGBT的基本驱动方法和 以及Si MOSFET一样。推荐的驱动门极电压，ON 侧时为 18V 左右，OFF 侧时为0V。也可以在要求高抗干扰性和快速开关的情况下施加‐3～‐5V 左右负压。当驱动大电流设备和功率模块时，建议使用缓冲电路。

体二极管的 Vf 和逆向导通

与Si MOSFET 一样，SiC 由PN结形成的体二极管(寄生二极管)也存在于MOSFET中。但由于SiC的带隙是SiC的3倍，因此SiC MOSFETPN二极管的开启电压约为3V，相对较大，正压降（Vf）也比较高。过去，当Si 当用于MOSFET外回流的快速二极管时，由于体二极管与外二极管的VF尺寸相等，为了防止体二极管侧回流缓慢恢复，必须在MOSFET上串联低压阻断二极管。这样，不仅增加了设备数量，而且进一步恶化了导通损耗。然而，SiC Vfffet体二极管MOSFET Vf远高于回流快速二极管，因此当反向并联外置二极管时，无需串联低压阻断二极管。

体二极管的Vf相对较高，这个问题可以通过向门极输入导通信号来减少，就像整流一样。逆变驱动时，大部分回流侧臂在死区时间结束后输入门极导通信号(请确认使用中CPU的动作)。体二极管的通电只发生在死区时间，然后基本通过通道反向流动。因此，即使在仅由MOSFET(无逆并联SBD)组成的桥式电路中，体二极管的VF较高也没有问题。

体二极管的恢复特性

SiC 虽然MOSFET的体二极管是PN 二极管，但少数载流子的使用寿命较短，因此基本上没有少数载流子的积聚作用，与SBD相比 同样具有超快恢复性能(几十ns)。因此Si 与IGBT外置FRD相比，MOSFET的体二极管的恢复损失可以减少到IGBT外置FRD的几分之一到几十分之一。体二极管的恢复时间与SBD相同，不受正输入电流IF的影响（dI/dt 在恒定的情况下)。即使只有MOSFET用于逆变器应用， 桥式电路的形成也可以实现非常小的恢复损失，但也预计可以减少恢复电流产生的噪声，以实现降噪。

从以上几个方面可以看出SiC 与Sii相比，MOSFET与Si相比 IGBT和MOSFET的优势。

二、碳化硅mos技术难点

根据各种报告，问题不在于芯片的原理设计，尤其是芯片结构设计。实现芯片结构的生产过程并不困难。当然，用户最直接的原因是，SiC MOSFET 价格相对较高。

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