具有更优异功率特性的SiC MOSFET

高速发展中的SiC技术

SiC是目前正在快速发展中的半导体技术，已在快速切换、高温及高电压的应用上，进行前期的大量生产，其中第一个可用的器件是肖特基二极管、之后是结型场效应管及高速切换的功率MOSFET，目前正在开发双极性晶体管及晶闸管。

与硅材料相比，SiC材料较高的热导率决定了其高电流密度的特性，较高的禁带宽度又决定了SiC器件的高击穿场强和高工作温度。尤其在SiC MOSFET的开发与应用方面，与相同功率等级的硅基MOSFET相比，SiC MOSFET导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，另由于其高温工作特性，大大提高了高温稳定性，但由于SiC MOSFET的价格较为昂贵，因此限制了它的广泛应用。

SiC在物理特性上拥有高度稳定的晶体结构，其能带宽度可达2.2eV至3.3eV，几乎是硅材料的两倍以上。因此，SiC所能承受的温度更高，一般而言，SiC器件所能达到的最大工作温度可到600℃。此外，与硅材料相比，SiC的击穿场强是硅的十倍多，因此SiC器件的阻断电压比硅器件高很多。

一般而言，半导体器件的导通损耗与其击穿场强成反比，故在相似的功率等级下，SiC器件的导通损耗比硅器件小很多。且SiC器件导通损耗对温度的依存度很小，SiC器件的导通损耗随温度的变化很小，这与传统的硅器件也有很大差别。另一方面，SiC的热导系数几乎是硅材料的2.5倍，饱和电子漂移率是硅的2倍，所以SiC器件能在更高的频率下工作。综合以上优点，在相同的功率等级下，设备中功率器件的数量、散热器的体积、滤波元件体积都能大大减小，同时效率也有大幅度的提升。

SiC功率器件具有低导通损耗

SiC架构的FET和以往的硅基MOSFET一样，都是MOSFET。广义来说，两者内部的实体结构类似，而且都是具有源极、汲极和闸极连接的三端子器件。两者的差异在于SiC架构FET采用SiC作为基材，而非单纯只用硅材，在业界中常广称为SiC功率器件，而省略MOSFET部分。

不过，SiC功率器件的闸极驱动电路和硅基半导体的电路并不同，闸极驱动电路的电压是非对称的（例如+20 V和−5 V），在封装方面，SiC裸晶的功率密度比硅半导体要高，其温度可以超过硅的上限150℃，因此需要用到新的芯片连接技术（例如烧结），才能有效地将热从器件带出，并且确保存在可靠的互联结构。

由于SiC MOSFET不须采用如IGBT般的双极器件构造（导通电阻变低但开关慢），是能够兼顾到低导通电阻、高耐压、高速开关的器件。SiC MOSFET由于如IGBT般无初始电压，可在小电流到大电流的广泛电流领域达成低导通损耗。

具有较大芯片但较低的热阻

安森美半导体也推出多款的SiC MOSFET产品来满足客户的不同需求，NXH006P120MNF2是采用半桥2件装的SiC模块，带有2个1200 V、6 mΩ的SiC MOSFET开关和一个热敏电阻，采用F2封装与行业标准引脚，SiC MOSFET开关使用稳固的M1平面技术，并由18V-20V栅极驱动器驱动，与Trench MOSFET相比，具有较大芯片但较低的热阻，易于使用负栅极电压驱动。

NXH006P120MNF2可通过平面技术和更低的芯片热阻，来提高可靠性，并以20V运行以降低损耗，支持18V可与其他模块兼容，带有预涂热界面材料（Thermal Interface Material, TIM）和不带预涂TIM的选项，也有带有可焊接引脚和压接引脚的选项，可与安森美半导体的标准NCD5700x驱动器解决方案配合良好，这些器件无铅、无卤化物且符合RoHS标准，可应用于各种直流-交流转换、直流-直流转换与交流-直流转换，常见的终端产品包括不间断电源（Uninterruptible Power Supplies, UPS）、储能系统、电动汽车充电站、太阳能逆变器、工业电源等。

可在更高电压下改善R_DS(ON)

安森美半导体还推出另一款NXH010P120MNF1 SiC模块，采用2件式半桥拓扑，在F1封装模块中包含一个支持1200 V、10 mΩ的SiC MOSFET半桥，和一个NTC热敏电阻，建议的栅极电压为18V – 20V，具有低热阻，也有TIM或无TIM选项，并具有压配引脚。

NXH010P120MNF1可在更高电压下改善R_DS(ON)，可提高效率或提高功率密度，具有高可靠性热界面的灵活解决方案，同样可应用于各种交直流转换应用，以及电动车充电器、储能系统、三相太阳能逆变器与不间断电源供应、工业电源等产品。

结语

安森美半导体在SiC MOSFET模块的设计上具有其独到之处，可以简化开发流程，并持续投资于增强型封装技术和精确的热建模，可减少冷却工作量，并延长使用寿命，具有优化的裸晶尺寸、预涂TIM，可在恶劣环境中增强稳固性，具有专利端接结构、全价值链整合，提供从基材到最终产品，以及现成的和量身定制的解决方案，协助客户缩短产品的上市时间，确保质量、可靠性与可扩展性，将是相关电源应用的最佳选择之一。