学技术 | 世平安森美碳化硅（SiC）MOSFET产品的特性与应用

一、第三代半导体介绍：

首先简单介绍一下第一、二代半导体。在半导体材料领域中，第一代半导体是「硅」（Si），第二代半导体是「砷化镓」（GaAs），第三代半导体（又称「宽能隙半导体」，WBG）则是「碳化硅」（SiC）和「氮化镓」（GaN）。

宽能隙半导体中的「能隙」（Energy Gap），以白话方式说明，便是代表着（一个单位能量的差距），意思就是让一个半导体「从绝缘到能导电所需要的最低能量」。第一和二代半导体的硅与砷化镓是属于低智隙材料，能隙数值分别为1.12 eV和1.43 eV，第三代（宽能隙）半导体的能隙数据，SiC和GaN分别达到3.2eV、3.4eV，因此当遇到高温、高压、高电流时，跟一、二代比起来，第三代半导体不会轻易从绝缘变成导电状态，特性会更稳定，能源转换也更好。

随着5G、电动车时代来临，科技产品对于高频、高速运算、高速充电的需求上升，硅与砷化镓的温度、频率、功率已几乎达到极限，难以再提升电量和速度；且一旦操作温度超过100度时，前两代产品更容易发生故障问题，因此无法应用在更严苛的环境；

再加上全球开始重视碳排放问题，因此高能效、低能耗的第三代半导体成为时代下的新宠儿。第三代半导体在高频状态下仍可以维持优异的性能和稳定度，同时拥有开关速度快、尺寸小、散热迅速等特性，当芯片面积大幅减少后，也有助于简化周边电路设计，进而减少整体模块或周边冷却系统的体积。

二、SiC_MOS特性：

第三代半导体跟一、二代比起来最大差异就在宽能隙的特性，所以商品化的元件特性也都是环绕此特性，接下来说明一下SiC_MOS在应用上需要注意之特性。

SiC_MOS因为宽能隙，所以特别适合高压产品&高压应用，商品化元件也多在600V以上之应用。但也因为宽能隙特性，驱动所需要的能量较高，一般常见为Vgs驱动电压多落在15~20V，比传统Si MOSFET要高许多。但也因为宽能隙特性，耐压能力强，器件可以做得更小、更薄，也不容易崩溃，且在做得更小、更薄之下，理论SiC MOSFET的相同电压等级下之导通阻抗，仍会比Si MOSFET低。

另外特别说明SiC_MOS驱动电压目前业界有不同的标准，最佳驱动电压大约落在15~20V之间，也有个别厂商或产品需要负电压来做关断，且负电压所需规格也不尽相同，在使用上需特别注意此一特性。

SiC材料因为宽能隙特性，所以单位电压较高，本体二极管的顺向特性Vf比Si MOSFET较大。但是SiC材料电子飘移率高，所以本体二极管的反应速度比较快，Trr特性较传统Si MOSFET好很多，与Si-MOSFET相比可大幅降低恢复损耗。另外Si MOSFET器件的等效电容较大，可能限制其开关频率在100kHz左右；而SiC MOSFET的工作频率可以提升到200kHz以上，甚至达到数MHz。

三、安森美SiC_MOS系列产品：

安森美半导体，陆续推出一系列新的碳化硅SiC MOSFET装置，适用于对于功率密度、能效和可靠性要求极高的相关应用。设计人员可以用新的SiC装置取代现有的硅开关技术，将在电动汽车（EV）车载充电器（OBC）、太阳能逆变器、服务器电源（PSU）、电信和不断电供应系统（UPS）等不同应用中实现显著的更佳性能。以下列出安森美半导体SiC MOS相关产品，陆续有新产品推出，最新资讯可以随时注意官网信息：