【導(dǎo)讀】由SiC制作的MOSFET耐壓高，或者在同樣的耐壓要求下，MOSFET的尺寸就小，從而大大降低了MOS管的導(dǎo)通電阻和傳熱熱阻。使用SiC制作的MOSFET在近期在大功率、高電壓、高頻率應(yīng)用越來(lái)越廣泛。以下給大家以圖文的形式講解碳化硅MOS管長(zhǎng)啥樣的？
同樣位于元素周期表第四欄的元素，硅(Si)，鍺(Ge)都是被最早用于半導(dǎo)體材料的元素，而碳元素(C)卻不是。
碳元素在石墨結(jié)構(gòu)下是導(dǎo)體，而在金剛石結(jié)構(gòu)下，由于共價(jià)鍵躍遷能帶比較大，是絕緣體。同樣是金剛石結(jié)構(gòu)的硅元素由于共價(jià)鍵比較弱，共用電子對(duì)定域性較差，在一定電壓下電子就會(huì)解離，體現(xiàn)半導(dǎo)體性質(zhì)。
如果將硅(Si碳(C)組成碳化硅(SiC)化合物，則形成寬禁帶半導(dǎo)體（3V）。普通的硅（Si）半導(dǎo)體的禁帶只有1.1V。
左邊：碳化硅(SiC)晶體；右邊：SiC晶體結(jié)構(gòu)
由SiC制作的MOSFET耐壓高，或者在同樣的耐壓要求下，MOSFET的尺寸就小，從而大大降低了MOS管的導(dǎo)通電阻和傳熱熱阻。
使用SiC制作的MOSFET在近期在大功率、高電壓、高頻率應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
恰好手邊有如下功率MOS管，左邊為碳化硅MOS管，型號(hào)為C2M0080120，它的耐壓為1200V，導(dǎo)通電阻80m歐姆。
中間的是普通的N溝道MOS管，形式是IRF450。它的耐壓為500V，額定工作電流為13A。
右邊是IGBT，型號(hào)為50N6S2。耐壓為600V，額定工作電流為75A。
左：SiC：C2M0080120;1200V,31.6A, 80mΩ
中：MOSFET:IRF450:500V,13A：
右：IGBT:50N6S2, 600V,75A
下面是對(duì)這三種MOS測(cè)量它們的漏極-源極之間的擊穿電壓。將控制柵極與源極之間短路。
下圖為IGBT 50N6S2測(cè)試結(jié)果。當(dāng)電壓超過(guò)150V的時(shí)候，漏極電流就開始激增。這個(gè)數(shù)值遠(yuǎn)比其數(shù)據(jù)手冊(cè)標(biāo)稱的600V小得多。
對(duì)于IRF450的擊穿電壓測(cè)試曲線，當(dāng)電壓超過(guò)600V的時(shí)候，漏極電流激增。這與該期間的數(shù)據(jù)手冊(cè)上標(biāo)稱的耐壓基本相當(dāng)。
碳化硅MOS管C2M0080的漏極擊穿電壓曲線如下，當(dāng)電壓超過(guò)1000V之后，電流呈現(xiàn)激增。的確SiC管子的耐壓不俗。
下面對(duì)照一下C2M0080與IRFP460導(dǎo)通電阻之間的差異。在柵極控制電壓為24V時(shí)，通過(guò)3A左右的電流，通過(guò)測(cè)量漏極-源極之間的電壓來(lái)計(jì)算導(dǎo)通電阻。
C2M00801021的導(dǎo)通電阻大約為70毫歐姆（0.07Ω）。
IRFP460的導(dǎo)通電阻大約為225毫歐姆（0.225Ω）。它比C2M0080導(dǎo)通電阻大了3倍左右。
出色的高耐壓和低導(dǎo)通電阻使得碳化硅MOS管在大功率半導(dǎo)體電路中表現(xiàn)出色。特別對(duì)于高電壓電路，在同樣的功率密度下，碳化硅MOS自身?yè)p耗很小，有的場(chǎng)合甚至可以不使用散熱片便可以獲得同樣功率輸出。
雖然SiC功率器件有著很多優(yōu)點(diǎn)，但它也有自身的一些缺點(diǎn)。比如它的柵極驅(qū)動(dòng)電壓要求高，自身寄生反向?qū)ǘO管的電壓高，這對(duì)于一些需要依賴于MOS管自身反向?qū)ǘO管的電路來(lái)說(shuō)，反向?qū)ǘO管導(dǎo)通電壓會(huì)影響電路性能。
對(duì)比SiC和Si功率MOS管寄生反向二極管的導(dǎo)通電壓
SiC管價(jià)格高到也影響到它的應(yīng)用普及。
作者：卓晴
來(lái)源：TsinghuaJoking
