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學技術 | 世平安森美碳化硅(SiC)MOSFET產品的特性與應用

大大通 ? 2022-11-21 16:07 ? 次閱讀

一、第三代半導體介紹:

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首先簡單介紹一下第一、二代半導體。在半導體材料領域中,第一代半導體是「硅」(Si),第二代半導體是「砷化鎵」(GaAs),第三代半導體(又稱「寬能隙半導體」,WBG)則是「碳化硅」(SiC)和「氮化鎵」(GaN)。

寬能隙半導體中的「能隙」(Energy Gap),以白話方式說明,便是代表著(一個單位能量的差距),意思就是讓一個半導體「從絕緣到能導電所需要的最低能量」。第一和二代半導體的硅與砷化鎵是屬于低智隙材料,能隙數值分別為1.12 eV和1.43 eV,第三代(寬能隙)半導體的能隙數據,SiC和GaN分別達到3.2eV、3.4eV,因此當遇到高溫、高壓、高電流時,跟一、二代比起來,第三代半導體不會輕易從絕緣變成導電狀態,特性會更穩定,能源轉換也更好。

隨著5G、電動車時代來臨,科技產品對于高頻、高速運算、高速充電的需求上升,硅與砷化鎵的溫度、頻率、功率已幾乎達到極限,難以再提升電量和速度;且一旦操作溫度超過100度時,前兩代產品更容易發生故障問題,因此無法應用在更嚴苛的環境;

再加上全球開始重視碳排放問題,因此高能效、低能耗的第三代半導體成為時代下的新寵兒。第三代半導體在高頻狀態下仍可以維持優異的性能和穩定度,同時擁有開關速度快、尺寸小、散熱迅速等特性,當芯片面積大幅減少后,也有助于簡化周邊電路設計,進而減少整體模塊或周邊冷卻系統的體積。

二、SiC_MOS特性:

第三代半導體跟一、二代比起來最大差異就在寬能隙的特性,所以商品化的元件特性也都是環繞此特性,接下來說明一下SiC_MOS在應用上需要注意之特性。

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SiC_MOS因為寬能隙,所以特別適合高壓產品&高壓應用,商品化元件也多在600V以上之應用。但也因為寬能隙特性,驅動所需要的能量較高,一般常見為Vgs驅動電壓多落在15~20V,比傳統Si MOSFET要高許多。但也因為寬能隙特性,耐壓能力強,器件可以做得更小、更薄,也不容易崩潰,且在做得更小、更薄之下,理論SiC MOSFET的相同電壓等級下之導通阻抗,仍會比Si MOSFET低。

另外特別說明SiC_MOS驅動電壓目前業界有不同的標準,最佳驅動電壓大約落在15~20V之間,也有個別廠商或產品需要負電壓來做關斷,且負電壓所需規格也不盡相同,在使用上需特別注意此一特性。

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SiC材料因為寬能隙特性,所以單位電壓較高,本體二極管的順向特性Vf比Si MOSFET較大。但是SiC材料電子飄移率高,所以本體二極管的反應速度比較快,Trr特性較傳統Si MOSFET好很多,與Si-MOSFET相比可大幅降低恢復損耗。另外Si MOSFET器件的等效電容較大,可能限制其開關頻率在100kHz左右;而SiC MOSFET的工作頻率可以提升到200kHz以上,甚至達到數MHz。

三、安森美SiC_MOS系列產品:

安森美半導體,陸續推出一系列新的碳化硅SiC MOSFET裝置,適用于對于功率密度、能效和可靠性要求極高的相關應用。設計人員可以用新的SiC裝置取代現有的硅開關技術,將在電動汽車(EV)車載充電器(OBC)、太陽能逆變器、服務器電源(PSU)、電信和不斷電供應系統(UPS)等不同應用中實現顯著的更佳性能。以下列出安森美半導體SiC MOS相關產品,陸續有新產品推出,最新資訊可以隨時注意官網信息

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