SiC_what3(SiC MOSFETの特徴)

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何謂sic功率元件? SiC-MOSFET

 

1 .元件構造與特徵

由於Si越是高耐壓的元件、每單位面積的導通電阻變高(以耐壓的約2~2.5倍增加),600V以上的電壓則主要使用IGBT(絕緣閘雙極電晶體)。
IGBT因為是傳導度調變,藉由注入少數載子之正孔於漂移層内,比MOSFET可降低導通電阻,另一方面由於少數載子的累積,斷開時產生尾電流、成為巨大開關損耗的原因。
SiC由於漂移層的電阻比Si元件低,不須使用傳導度調變,可用高速元件構造之MOSFET以兼顧高耐壓與低電阻。
MOSFET由於在原理上不會產生尾電流,取代IGBT時,可實現開關損耗的大幅削減與冷卻器的小型化。
此外,藉由IGBT做不到的高頻驅動,也對被動元件的小型化有所貢獻。
即使相對於600V~900V的Si-MOSFET,擁有晶片面積小與(可實裝在小型封裝上) 與內接二極體的回復損耗非常小等優點。
針對産業機器的電源與高效率電源調節器的變頻器・轉換器部等領域,應用不斷擴展中。

斷開損耗的大幅削減・藉由高頻化達成機器的小型化/晶片面積的削減・回復損耗的大幅削減

2. 規格化導通電阻

從SiC在絕緣破壞電場界強度為Si的10倍這一點上,以低電阻、薄膜厚的漂移層實現高耐壓。
為此,以相同的耐壓產品同士做比較則可達到規格化導通電阻(每單位面積導通電阻)的小元件。
例如以900V為Si-MOSFET的35分之1、SJ-MOSFET的10分之1晶片尺寸,可實現相同的導通電阻。
除了能以小封裝實現低導通電阻外,閘極電荷量Qg、容量等方面也變小。
SJ-MOSFET只有900V左右的產品,SiC則1700V以上的耐壓也能以低導通電阻推出產品。
由於不須採用如IGBT般的雙極元件構造 (導通電阻變低但開關慢),是能夠兼顧到低導通電阻、高耐壓、高速開關的元件。

Blocking Voltage

3. Vd-Id特性

SiC-MOSFET由於如IGBT般無初始電壓,可在小電流到大電流的廣泛電流領域達成低導通損耗。
而且Si-MOSFET在150℃下導通電阻上升至室溫的2 倍以上,SiC-MOSFET則由於上升率較低,容易進行熱設計、即使高溫也能實現低導通電阻。

Vd-Id特性

※本資料是呈現在ROHM的同一條件下之評估結果以供參考。在此顯示的特性並非由本公司所保證。

4. 驅動閘極電壓與導通電阻

SiC-MOSFET比Si-MOSFET的漂移層電阻低,另一方面現在的技術水準由於MOS通道部分的移動度低,通道部的電阻與Si元件相比則變高。
為此,高閘極電壓越低越能得到導通電阻(Vgs=20V以上逐漸飽和)。
一般的IGBT與Si-MOSFET所採用的驅動電壓Vgs=10~15V因為無法發揮原本的低導通電阻性能,為了得到充分的低導通電阻,建議以Vgs=18V前後值驅動。

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