汽車日漸走向智能化、聯(lián)網(wǎng)化與電動化的趨勢，加上5G商用在即，這些將帶動第三代半導體材料碳化硅(SiC)與氮化鎵(GaN)的發(fā)展。根據(jù)拓墣產(chǎn)業(yè)研究院估計，2018年全球SiC基板產(chǎn)值將達1.8億美元，而GaN基板產(chǎn)值僅約3百萬美元。

第三代半導體具有高擊穿電場、高飽和電子速度、高熱導率、高電子密度、高遷移率等特點，因此也被業(yè)內(nèi)譽為固態(tài)光源、電力電子、微波射頻器件的“核芯”以及光電子和微電子等產(chǎn)業(yè)的“新發(fā)動機”。發(fā)展較好的寬禁帶半導體主要是SiC和GaN，其中SiC的發(fā)展更早一些。

1、SiC肖特基二極管

因為Total Capacitive Charge(Qc)小、可以降低開關損失,實現(xiàn)高速開關。而且，Si快速恢復二極管的trr會隨著溫度上升而增大，而SiC則可以維持大體一定的特性。

肖特基二極管最主要的工藝特性是反向漏電和正向壓降。SiC-SBD器件和硅肖特基類似，IV曲線雪崩部分較“軟”，不同于它替代的硅PN管。這也是很多熟悉硅PN管的應用工程師很不習慣的地方。一般工況小、反向漏電造成的反向損耗（反向漏電×阻斷電壓）在總功耗中的貢獻可以忽略不計。反向漏電的重要性在于它是表征可靠性（高溫反偏和反向電壓過載）的重要指標。經(jīng)過多年的探索，SiC-SBD器件廠家，對何種漏電水平可能引起瞬時反向電壓過載的耐受能力不足，已有足夠認識。所以用戶在選擇產(chǎn)品時，不需要過多關注漏電水平。

我們主要介紹一下碳化硅肖特基二極管的主要優(yōu)勢，有如下特點：

有比超快恢復更高的開關速度，幾乎無開關損耗，更高的開關頻率，更高的效率。

有比肖特基更高的反向電壓，更小的反向漏電。

更高的工作溫度，反向漏電幾乎不受溫度影響

正的溫度系數(shù)，適合于并聯(lián)工作，解決并聯(lián)導致可靠性下降難題。

開關特性幾乎與溫度無關，更加穩(wěn)定。

2、SiCMOSFET

開關時的差動放大電流原則上是沒有的，所以可以高速運作，開關損失降低。 小尺寸芯片的導通電阻低，所以實現(xiàn)低容量?低門極消耗。 Si產(chǎn)品隨溫度的上升導通電阻上升2倍以上，SiC的導通電阻上升小，可以實現(xiàn)整機的小型化和節(jié)能化。

碳化硅(SiC)MOSFET的優(yōu)異技術功能必須搭配適合的成本定位、系統(tǒng)相容性功能、近似于硅的FIT率以及量產(chǎn)能力，才足以成為主流產(chǎn)品。電力系統(tǒng)制造商需在實際商業(yè)條件下符合所有上述多項要素，以開創(chuàng)功率轉(zhuǎn)換的新局面，尤其是以能源效率以及「以更少投入獲得更多產(chǎn)出」為目標的案例。

在未來，將有越來越多的功率電子應用無法僅倚賴硅(Si)裝置滿足目標需求。由于硅裝置的高動態(tài)損耗，因此藉由硅裝置提高功率密度、減少電路板空間、降低元件數(shù)量及系統(tǒng)成本，同時提高功率轉(zhuǎn)換效能，即成為一個相互矛盾的挑戰(zhàn)。為解決此問題，工程師們逐漸開始采用以碳化硅材料為基礎的功率半導體來部署解決方案。

在這十多年來，諸如太陽能變頻器中的MPP追蹤或開關式電源供應器中的功率因數(shù)校正等應用中，使用Si IGBT加上SiC二極體或具有SiC二極體的超接面Si MOSFET已成為最先進的解決方案，可實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率及高可靠度的系統(tǒng)。市場報告甚至強調(diào)SiC二極體正進入生產(chǎn)率的平原期。SiC技術中的量產(chǎn)技術、生產(chǎn)品質(zhì)監(jiān)控以及具有優(yōu)異FIT率的現(xiàn)場追蹤記錄，為采用包含SiC MOSFET之產(chǎn)品策略奠定了下一步基礎。

3、SiC功率模塊

內(nèi)置的功率半導體元件全部由SiC構成，與Si(硅)材質(zhì)的IGBT模塊相比，可大幅降低開關損耗。 內(nèi)置SiC-SBD、SiC-MOSFET，與傳統(tǒng)的Si-IGBT相比，在100KHｚ以上的高頻環(huán)境下工作成為可能。

羅姆于2012年3月份于全球首家開始量產(chǎn)內(nèi)置功率半導體元件全部由碳化硅組成的全SiC功率模塊。其后，產(chǎn)品陣容不斷擴大，并擁有達1200V、300A的產(chǎn)品，各產(chǎn)品在眾多領域中被廣為采用。隨著新封裝的開發(fā)， 羅姆繼續(xù)擴充產(chǎn)品陣容，如今已經(jīng)擁有覆蓋IGBT模塊市場主要額定電流范圍100A～600A的全SiC模塊產(chǎn)品。利用這些模塊，可大幅提升普通同等額定電流IGBT模塊應用的效率，并可進一步實現(xiàn)小型化。

開關損耗大幅降低，可進一步提升大功率應用的效率

羅姆利用獨有的內(nèi)部結構并優(yōu)化散熱設計開發(fā)出新型封裝，從而開發(fā)并推出了600A額定電流的全SiC功率模塊產(chǎn)品。由此，全SiC功率模塊在工業(yè)設備用大容量電源等更大功率產(chǎn)品中的應用成為可能。另外，與普通的同等額定電流的IGBT模塊相比，Tj＝150℃時的開關損耗降低了64%（與市面上銷售的IGBT模塊產(chǎn)品技術規(guī)格書中的數(shù)據(jù)比較）。

審核編輯黃宇