硅是目前应用最广泛的功率器件半导体材料。但是，基于Si的电力设备正接近其材料极限已经促使许多人努力寻找基于Si的替代方案电源设备性能更好。

    随着半导体工业的迅速革新和发展，碳化硅（SiC）功率器件是从实验室中的不成熟原型是硅基功率器件高效、低成本的可行替代品高功率密度应用。

    SiC功率器件有几个引人注目的优点，比如高击穿电压，高工作电场，高工作温度，高开关频率和低损耗。即使碳化硅器件的价格仍然高于硅器件，SiC器件的应用越来越多，SiC技术的优点可以提供系统优势足以抵消增加的设备成本。

    近年来，SiC器件市场已成功商业化，但仍处于初级阶段，其潜在用户（电源）仍处于初级阶段

    在这篇文章中将讨论SiC功率器件及其与Si功率器件的比较，以帮助电源设计人员了解有关这项新技术的更多信息并选择合适的适合其应用的SiC器件。

    功率半导体器件构成

    电力电子系统和硅（Si）的核心-

    基功率器件已成为当今世界的主流选择这个系统。但是，由于电能持续增长，硅基功率器件与固有材料相关的性能有限，这些特性使得它们无法满足未来的需求，特别是在高电压、高效率、高性能方面以及高功率密度应用。

    碳化硅已成为下一代功率半导体器件替代现有硅技术的首选材料。更广泛的带隙、较高的热导率和较大的临界温度电场允许SiC器件在更高的温度、更高的电流密度和更高的阻断电压下工作相比硅功率器件。

    碳化硅由等量的硅和碳组成碳通过共价键。因为这个过程会导致对于高度有序的结构，单晶SiC是极其坚硬，事实上，众所周知它是地球上第三坚硬的物质。有170多种不同的形态。根据多型晶体结构，碳化硅的能隙为2.2～3.3ev。其中，4H和6H在技术上很受关注，因为大晶圆可以用这种材料制成，因此用于设备生产。总结了4H和6HSiC器件与Si相比的特性。如表一所示，宽带隙能量碳化硅的形成使其具有许多良好的特性在电力电子设备。

    •更高的临界电场：临界电场SiC的电场是Si的8倍左右，半导体器件。介绍了一种SiC半导体芯片由于其高介电强度和掺杂到更高的水平，导致更低的损耗。

    •更高的热导率：SiC具有热稳定性电导率大约是硅的3倍。因此，散热所造成的损失可以减少从半导体内部以极低的频率传导整个半导体的低温降材料。更高的工作温度：因为它的高在熔融温度下，SiC器件可以正常工作超过400°C—远高于标准硅技术的最大允许结温（150摄氏度）。

    •更高的电流密度：SiC的电流密度，硅最大电流密度的2到3倍，尽管已经开发了几种SiC基功率器件成功商业化后，SiC器件市场仍处于低迷，

    SiC功率器件有肖特基二极管、jfet、mosfet和BJT。特别是对于SiC开关。

    SiC肖特基二极管：SiC肖特基二极管是第一个成功商业化SiC功率器件。肖特基二极管是大多数载流子器件，它们没有反向恢复现象-高压应用的一个非常有利的特性。碳化硅技术将肖特基二极管的击穿电压扩展到1000V，使用Si技术限制在200V以下。

    SiC肖特基二极管。由于宽带隙能量，SiC的正向电压降肖特基二极管为1～2v，比硅肖特基二极管大。因此，SiC肖特基二极管的主要优点是在高压应用中获得的，其中电压降对损耗的影响可以忽略不计。另一个SiC肖特基二极管的重要特性与国际单位制相对应的是电压降具有正的热系数（随着温度升高），允许并联肖特基二极管来处理更大的电流。

    研究了SiC肖特基二极管在150℃时的正向电压降几乎是室温的两倍，SiC肖特基二极管的散热片应采用足够的裕度以避免热失控。

    SiC-MOSFET:SiC-MOSFET商业化的时间比SiC-JFET晚，因为SiCMOSFET传统上存在氧化半导体界面质量差的问题，这导致了阈值电压不稳定性大。栅氧化层也甚至在低于SiC器件最高结温的温度下退化。然而，SiCMOSFET是一种很有吸引力的器件，因为它是电压型的受控的，通常是关闭型的装置

    不需要持续的驱动电流来维持传导状态。与硅MOSFET相比，SiCMOSFET具有非常独特的工作特性

    在设计闸门驱动时应考虑到这一点电路。如图3所示，从线性（欧姆）到饱和区域的过渡没有明确定义，它的Si对应物显示，这是由于SiCMOSFET的跨导。因此，建议的导通状态VGS为20V全性能，而推荐的关闭状态VG在-2V到-5V之间，因为VGS阈值较低噪声容限。

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