SiC热特性测试 电源转换效能更上层楼

市场对切换速度、功率、机械应力和热应力耐受度之要求日益提升，而硅元件理论上正在接近性能上限。宽能带隙半导体元件因电、热、机械等各项性能表现具佳而被业界看好，被认为是硅半导体元件的替代技术。

在这些新材料中，相容硅技术制程的碳化硅（SiC）是最有前景的技术。碳化硅材料的电气特性使其适用于研制高击穿电压元件，但是，远高于普通硅元件的制造成本限制了其在中低压元件中的推广应用。在600V电压范围内，硅元件的性能非常好，CP值优于碳化硅元件。不过，应用要求晶片有更高的性能，而硅元件已经达到了极限。

本文评测了主切换采用意法半导体新产品650V SiC MOSFET的直流-直流升压转换器的电热特性，并将SiC碳化硅元件与新一代硅元件做了全面的比较。测试结果证明，新SiC碳化硅切换元件提升了切换性能的标杆，让系统具更高的效能，对市场上现有的系统设计影响较大。

最近几年，人们更加关注环境、效能和污染问题，导致电气效能标准趋严，这不只限于大功率应用，还包括低负载应用。现在，切换频率可以更高，同时切换损耗可以降至更低，本文介绍的650V碳化硅电晶体适用于应用场景。如表1所示，碳化硅的宽能带隙使电力元件具有很多优异的特性。

碳化硅的宽能带隙使电力元件具有很多优异的特性

更高的关键应用可使用掺杂程度更高的超薄裸片，其损耗相较其他晶片低很多。碳化硅热导率较硅元件高出很多，因此，功率损耗散热导致的温降在整个元件上都比较低。因为碳化硅的熔点温度更高，可以工作在400℃范围内，这些特性让人们更加看好碳化硅元件在切换速度、损耗、RDS（on）导通电阻、击穿电压方面的性能表现。事实上，击穿电压高于1，200V的碳化硅元件深受市场欢迎。是否选择超高击穿电压的碳化硅元件，不仅要考虑电气特性，还要考虑碳化硅的制造成本。对于600V电压以下碳化硅产品，以前市面上只有2吋或3吋碳化硅晶圆片，而且生产设备非常昂贵，因此，碳化硅元件的CP值不如硅元件。现在4吋和6吋碳化硅晶圆片十分常见，市场对碳化硅元件需求成长可以让厂商降低制造成本。600V SiC MOSFET开始出现在市面上，具有令人感兴趣的特性，适用于各种应用领域。