碳化硅（SiC）MOSFET作為寬禁帶半導(dǎo)體材料（WBG）的一種，具有許多優(yōu)異的參數(shù)特性，這些特性使其在高壓、高速、高溫等應(yīng)用中表現(xiàn)出色。本文將詳細(xì)探討SiC MOSFET的主要參數(shù)特性，并通過對比硅基MOSFET和IGBT，闡述其技術(shù)優(yōu)勢和應(yīng)用領(lǐng)域。

一、SiC MOSFET的基本參數(shù)特性

閾值電壓（Vth）

SiC MOSFET的閾值電壓是指MOSFET開啟的電壓。隨著Vth的增加，MOSFET的開關(guān)速度會變慢。SiC MOSFET的開啟電壓通常較高，且為了獲得更好的性能，推薦使用較高的驅(qū)動電壓（如18V～20V）。高閾值電壓也意味著SiC MOSFET對誤觸發(fā)的耐性與IGBT相當(dāng)。

導(dǎo)通電阻（Rdson）

Rdson是MOSFET在線性區(qū)域內(nèi)的電阻。Rdson與MOSFET的尺寸和結(jié)構(gòu)有關(guān)，Rdson越小，MOSFET的效率就越高。SiC MOSFET的導(dǎo)通電阻隨溫度變化率較小，高溫情況下導(dǎo)通阻抗很低，能在惡劣環(huán)境下良好工作。隨著門極電壓（Vgs）的升高，導(dǎo)通電阻越小，表現(xiàn)更接近于壓控電阻。

最大漏電流（Idmax）

最大漏電流是指MOSFET在最大允許溫度下能承受的最大漏電流。此參數(shù)限制了MOSFET在特定條件下的最大電流承載能力。

最大額定電壓（Vdss）

SiC MOSFET能夠承受的最大電壓遠(yuǎn)高于硅基器件。SiC的絕緣擊穿場強是硅的10倍，因此能夠承受更高的電壓，通常適用于650V至1.7kV的電壓范圍，主要集中在1.2kV及以上。

開關(guān)速度（switching speed）

SiC MOSFET具有較快的開關(guān)速度，這得益于其較低的結(jié)電容和較高的熱導(dǎo)率。快速的開關(guān)速度使得SiC MOSFET適用于高頻開關(guān)應(yīng)用，有助于減小濾波器等無源器件的尺寸，提高功率密度。

熱導(dǎo)率

SiC的熱導(dǎo)率高出硅3倍以上，對于給定的功耗，較高的熱導(dǎo)率將轉(zhuǎn)化為較低的溫升，從而提高器件的可靠性。商用SiC MOSFET的最高保證工作溫度為150°C < Tj < 200°C，但其結(jié)溫最高可以達(dá)到600°C，主要受鍵合和封裝技術(shù)的限制。

跨導(dǎo)（gm）

SiC MOSFET的跨導(dǎo)較低，這意味著其輸出-輸入增益較低。為了彌補低增益并強制大幅改變漏極電流（ID），需要施加非常大的柵極-源極電壓（VGS）。

二、SiC MOSFET相對于硅基MOSFET及IGBT的優(yōu)勢

高工作頻率

傳統(tǒng)MOSFET工作頻率在60KHZ左右，而碳化硅MOSFET在1MHZ，甚至更高。高頻工作可以減小電源系統(tǒng)中電容以及電感或變壓器的體積，降低電源成本，讓電源實現(xiàn)小型化、美觀化。

低導(dǎo)通阻抗

碳化硅MOSFET單管最小內(nèi)阻可以達(dá)到幾個毫歐，這對于傳統(tǒng)的MOSFET看來是不可想象的。市場量產(chǎn)碳化硅MOSFET最低內(nèi)阻在16毫歐。低導(dǎo)通阻抗可以輕松達(dá)到能效要求，減少散熱片使用，降低電源體積和重量，電源溫度更低，可靠性更高。

耐壓高

碳化硅MOSFET目前量產(chǎn)的耐壓可達(dá)3300V，最高耐壓6500V，而一般硅基MOSFET和IGBT常見耐壓耐壓900V-1200V。高耐壓特性使得SiC MOSFET適用于高壓應(yīng)用場景。

耐高溫

碳化硅MOSFET芯片結(jié)溫可達(dá)300度，可靠性和穩(wěn)定性大大高于硅基MOSFET。高溫穩(wěn)定性使得SiC MOSFET在高溫環(huán)境下也能保持優(yōu)異性能。

三、SiC MOSFET的綜合特性分析

結(jié)構(gòu)與特征

SiC器件漂移層的阻抗比Si器件低，不需要進(jìn)行電導(dǎo)率調(diào)制就能夠以高頻器件結(jié)構(gòu)的MOSFET實現(xiàn)高耐壓和低阻抗。而且MOSFET原理上不產(chǎn)生尾電流，所以用SiC MOSFET替代IGBT時，能夠明顯地減少開關(guān)損耗，并且實現(xiàn)散熱部件的小型化。

導(dǎo)通電阻與門極電壓

SiC MOSFET的導(dǎo)通電阻隨門極電壓的升高而降低。為了充分發(fā)揮SiC的低導(dǎo)通電阻性能，推薦使用較高的門極電壓（如18V左右）。在較低的Vgs下，導(dǎo)通電阻與結(jié)溫特性呈現(xiàn)拋物線形狀，而在較高的Vgs下，導(dǎo)通電阻具有明顯的PTC特性。

開關(guān)損耗

SiC MOSFET的最大特點是原理上不會產(chǎn)生如IGBT中經(jīng)常見到的尾電流。因此，與IGBT相比，SiC MOSFET的關(guān)斷損耗（Eoff）可以減少約90%，有利于電路的節(jié)能和散熱設(shè)備的簡化、小型化。

體二極管特性

SiC MOSFET體內(nèi)存在因PN結(jié)而形成的體二極管（寄生二極管）。由于SiC的帶隙是Si的3倍，所以SiC MOSFET的PN二極管的開啟電壓較高，正向壓降（Vf）也比較高。然而，SiC MOSFET的體二極管具有超快速恢復(fù)性能，可以減小開關(guān)損耗和噪音。

四、SiC MOSFET的應(yīng)用領(lǐng)域

充電樁電源模塊

隨著新能源汽車800V平臺的出現(xiàn)，主流充電模塊也從之前主流的15、20kW向30、40kW發(fā)展，輸出電壓范圍300Vdc-1000Vdc，并且具備雙向充電功能。SiC MOSFET憑借其高壓高效、貼片封裝體積小等優(yōu)勢，成為充電樁電源模塊的首選器件。

光伏逆變器

在光伏逆變器中，SiC MOSFET的應(yīng)用可以顯著提高逆變器的效率和可靠性。通過減小開關(guān)損耗和散熱部件的尺寸，SiC MOSFET有助于降低光伏逆變器的成本和提高其性能。

光儲一體機

光儲一體機采用電力電子控制技術(shù)，通過智能控制實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移和協(xié)調(diào)控制光伏與儲能電池。SiC MOSFET在光儲一體機中的應(yīng)用可以減小磁性元器件的體積和重量，提高效率和功率密度。

新能源汽車空調(diào)

隨著800V平臺在新能源汽車上的興起，在汽車空調(diào)壓縮機控制器方案中，SiC MOSFET憑借其高壓高效、貼片封裝體積小等優(yōu)勢，成為市場首選。

大功率OBC

三相OBC電路中SiC MOSFET應(yīng)用更高的開關(guān)頻率，可以減小磁性元器件體積和重量，提高效率和功率密度。同時，高系統(tǒng)母線電壓可以大大減少功率器件數(shù)量，便于電路設(shè)計，提高可靠性。

五、結(jié)論

SiC MOSFET以其優(yōu)異的參數(shù)特性和技術(shù)優(yōu)勢，在高壓、高速、高溫等應(yīng)用中表現(xiàn)出色。通過對比硅基MOSFET和IGBT，可以看出SiC MOSFET在工作效率、體積、重量、可靠性等方面具有顯著優(yōu)勢。在充電樁電源模塊、光伏逆變器、光儲一體機、新能源汽車空調(diào)以及大功率OBC等領(lǐng)域，SiC MOSFET的應(yīng)用將推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級和發(fā)展。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和成本的降低，SiC MOSFET有望在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為電力電子系統(tǒng)的高效、小型化和輕量化提供有力支持。