代碳化硅（SiC）半導(dǎo)體器件具有值得稱道的性能，使得越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域切實獲益。但是隨著電動車（EV）、可再生能源和5G等行業(yè)的創(chuàng)新步伐越來越快，越來越多的工程師在尋找新的解決方案，對功率開關(guān)技術(shù)的要求也越來越高，以求滿足客戶和行業(yè)需求。

碳化硅由碳和硅兩種元素組成，它們在銀河系中極為豐富，含量分別排在第四位和第八位。雖然如此，但碳化硅很少在地球自然界中出現(xiàn)，僅在隕石和部分巖石沉積物中有少許痕跡。不過，它可以用人工方法相當(dāng)輕松地合成，并已經(jīng)作為研磨料（金剛砂）使用了一個多世紀(jì)。甚至在電子器件中，它也在早期無線電中作為檢波器使用，而且第一個LED效應(yīng)是于1907年利用SiC晶體產(chǎn)生的。

在電力電子學(xué)中，我們知道SiC是一種寬帶隙（WBG）半導(dǎo)體，它擁有革命性的功率轉(zhuǎn)換性能，能在高頻下生成以前無法獲得的效率數(shù)據(jù)，并具有相關(guān)無源元件較小帶來的其他附帶優(yōu)點，尤其是磁性元件。這些都會帶來成本、重量和體積節(jié)省。

SiC FET共源共柵引領(lǐng)寬帶隙封裝

按絕對值計算，對于650V器件，SiC FET實現(xiàn)了不到7mΩ的開態(tài)電阻，對于1200V額定值，則不到10mΩ，同時價格與Si相差無幾。鑒于UnitedSiC在SOT-227形式中證明的2mΩ，1200V性能，模塊封裝中的并聯(lián)零件會表現(xiàn)得更好（圖1）。

【圖1 在額定值為1200V，2mΩ的SOT-227封裝中的六個SiC FET?！?/span>

SiC FET的一個主要應(yīng)用是，在易驅(qū)動且兼容的柵極驅(qū)動和受歡迎的TO-247封裝的幫助下，作為Si-MOSFET和IGBT的插入式替代品?，F(xiàn)有應(yīng)用，尤其是使用IGBT的應(yīng)用，開關(guān)頻率可能會低，但是新設(shè)計可以在新的可用DFN8x8封裝中利用SiC FET的高頻和高邊際變化率能力。這會讓電感顯著降低，使其成為LLC和相移全橋轉(zhuǎn)換器等軟硬開關(guān)應(yīng)用的理想選擇。通過SiC FET溝道進(jìn)行的固有反向傳導(dǎo)可充當(dāng)?shù)蛽p耗、快速恢復(fù)體二極管，也對這方面有益。

作為IGBT和Si-MOSFET的直接替代品，SiC FET用于升級電動機(jī)驅(qū)動、UPS逆變器、焊機(jī)、大功率交直流和直流轉(zhuǎn)換器等等。在電動機(jī)驅(qū)動應(yīng)用中，可以在不改變開關(guān)頻率的情況下不斷提高效率，同時溝道中的靜態(tài)和動態(tài)損耗會降低，柵極驅(qū)動電流也會減小，這會使得IGBT耗散大量功率，而Si-MOSFET耗散的功率更多。

通常會對柵極驅(qū)動元件進(jìn)行調(diào)整，實施簡單更改，以降低SiC FET的開關(guān)速度。還可以考慮其他益處，如降低緩沖電路的體積，甚至去掉整流二極管，該二極管在IGBT驅(qū)動中是必需的，但是可以被SiC FET體二極管效應(yīng)有效替代。在電動車電動機(jī)驅(qū)動逆變器應(yīng)用中，會有一些效率增益，如果頻率提高，相比IGBT解決方案，電動車電動機(jī)可以更高效平穩(wěn)地運行。在工業(yè)和汽車驅(qū)動中，效率提高可以解決對更小的體積和更長的單次充電行駛里程的迫切需求。

車載和靜態(tài)電動車電池充電器也都使用SiC FET獲得優(yōu)勢。在這種情況下，低損耗、高頻率運行可以允許輸出濾波器中使用小得多的磁性元件，從而降低重量、體積和成本，進(jìn)一步提高車載充電機(jī)實現(xiàn)的電動車單次充電行駛里程。使用SiC FET、在100kW+電平下運行、直流輸出電壓為400V或800V的路邊快速充電器也因此受益，效率節(jié)省超過IGBT。按需并聯(lián)的獨立SiC FET器件通常很實用且成本較低，是昂貴的IGBT模塊的替代品。整體看來，可以節(jié)省成本和散發(fā)到環(huán)境中的能量。

在包括大功率交直流和直流轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的所有功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域中，有越來越多的新設(shè)計使用SiC FET。在從頭開始設(shè)計時，可以發(fā)揮出器件的全部潛力；后接諧振轉(zhuǎn)換級的圖騰柱功率因數(shù)校正能實現(xiàn)非常高的效率，無論是LLC還是帶同步整流的相移全橋，它們都使用SiC FET在高頻下開關(guān)。之后，在冷卻硬件、濾波和能量存儲磁性元件、電容器、緩沖電路、外殼等方面都會發(fā)生后續(xù)節(jié)省，這些都能降低總系統(tǒng)成本并降低碳排放。

SiC FET的性能驚人，但是設(shè)計師總是想要更多，節(jié)省能量和成本并同時提高功能的壓力讓這種性能需求更加迫切。迅速擴(kuò)張的市場有5G基礎(chǔ)設(shè)施、電動車/混合動力車、可再生能源發(fā)電和數(shù)據(jù)中心，而且在所有情況下，下一代SiC FET技術(shù)都能在實現(xiàn)更好的性能方面發(fā)揮作用。

【圖2. 引人注目的SiC FET特性及其比例變化、進(jìn)化方向。藍(lán)色表示現(xiàn)在，橙色表示未來可能情形?！?/span>

封裝也將發(fā)展

未來世代