功率轉換電路中的晶體管的作用非常重要，為進一步實現低損耗與應用尺寸小型化，一直在進行各種改良。SiC功率元器件半導體有如下優勢，如低損耗、高速開關、高溫工作等，顯而易見這些優勢是非常有用的。本章將通過其他功率晶體管的比較，進一步加深對SiC-MOSFET的理解。

一、SiC-MOSFET的特征

通過與Si功率元器件的比較，來表示SiC-MOSFET的耐壓范圍。目前SiC-MOSFET有用的范圍是耐壓600V以上、特別是1kV以上。關于優勢，現將1kV以上的產品與當前主流的Si-IGBT來比較一下看看。

相對于IGBT，SiC-MOSFET降低了開關關斷時的損耗，實現了高頻率工作，有助于應用的小型化。相對于同等耐壓的SJ-MOSFET（超級結MOSFET），導通電阻較小，可減少相同導通電阻的芯片面積，并顯著降低恢復損耗。

下表是600V～2000V耐壓的功率元器件的特征匯總。

雷達圖的RonA為單位面積的導通電阻（表示傳導時損耗的參數），BV為元器件耐壓，Err為恢復損耗，Eoff為關斷開關的損耗。SiC已經很完美，在目前情況的比較中絕非高估。

二、功率晶體管的結構與特征比較

本篇側重比較功率晶體管的結構和特征。

下圖是各功率晶體管的結構、耐壓、導通電阻、開關速度的比較。

使用的工藝技術不同結構也不同，因而電氣特征也不同。補充說明一下，DMOS是平面型的MOSFET，是常見的結構。Si的功率MOSFET，因其高耐壓且可降低導通電阻，近年來超級結（Super Junction）結構的MOSFET（以下簡稱“SJ-MOSFET”）應用越來越廣泛。關于SiC-MOSFET，這里給出了DMOS結構，不過目前ROHM已經開始量產特性更優異的溝槽式結構的SiC-MOSFET。具體情況計劃后續進行介紹。

在特征方面，Si-DMOS存在導通電阻方面的課題，如前所述通過采用SJ-MOSFET結構來改善導通電阻。IGBT在導通電阻和耐壓方面表現優異，但存在開關速度方面的課題。SiC-DMOS在耐壓、導通電阻、開關速度方面表現都很優異，而且在高溫條件下的工作也表現良好，可以說是具有極大優勢的開關元件。

這張圖是各晶體管標準化的導通電阻和耐壓圖表。從圖中可以看出，理論上SiC-DMOS的耐壓能力更高，可制作低導通電阻的晶體管。目前SiC-DMOS的特性現狀是用橢圓圍起來的范圍。通過未來的發展，性能有望進一步提升。

三、SiC-MOSFET與Si-MOSFET的區別

本文將介紹與Si-MOSFET的區別。尚未使用過SiC-MOSFET的人，與其詳細研究每個參數，不如先弄清楚驅動方法等與Si-MOSFET有怎樣的區別。在這里介紹SiC-MOSFET的驅動與Si-MOSFET的比較中應該注意的兩個關鍵要點。

與Si-MOSFET的區別：驅動電壓

SiC-MOSFET與Si-MOSFET相比，由于漂移層電阻低，通道電阻高，因此具有驅動電壓即柵極－源極間電壓Vgs越高導通電阻越低的特性。下圖表示SiC-MOSFET的導通電阻與Vgs的關系。

導通電阻從Vgs為20V左右開始變化（下降）逐漸減少，接近最小值。一般的IGBT和Si-MOSFET的驅動電壓為Vgs=10～15V，而SiC-MOSFET建議在Vgs=18V前后驅動，以充分獲得低導通電阻。也就是說，兩者的區別之一是驅動電壓要比Si-MOSFET高。與Si-MOSFET進行替換時，還需要探討柵極驅動器電路。

與Si-MOSFET的區別：內部柵極電阻

SiC-MOSFET元件本身（芯片）的內部柵極電阻Rg依賴于柵電極材料的薄層電阻和芯片尺寸。如果是相同設計，則與芯片尺寸成反比，芯片越小柵極電阻越高。同等能力下，SiC-MOSFET的芯片尺寸比Si元器件的小，因此柵極電容小，但內部柵極電阻增大。例如，1200V 80mΩ產品（S2301為裸芯片產品）的內部柵極電阻約為6.3Ω。

這不僅局限于SiC-MOSFET，MOSFET的開關時間依賴于外置柵極電阻和上面介紹的內部柵極電阻合在一起的綜合柵極電阻值。SiC-MOSFET的內部柵極電阻比Si-MOSFET大，因此要想實現高速開關，需要使外置柵極電阻盡量小，小到幾Ω左右。

但是，外置柵極電阻還承擔著對抗施加于柵極的浪涌的任務，因此必須注意與浪涌保護之間的良好平衡。

與IGBT的區別

上一章針對與Si-MOSFET的區別，介紹了關于SiC-MOSFET驅動方法的兩個關鍵要點。本章將針對與IGBT的區別進行介紹。

與IGBT的區別：Vd-Id特性

Vd-Id特性是晶體管最基本的特性之一。下面是25℃和150℃時的Vd-Id特性。

請看25℃時的特性圖表。SiC及Si MOSFET的Id相對Vd（Vds）呈線性增加，但由于IGBT有上升電壓，因此在低電流范圍MOSFET元器件的Vds更低（對于IGBT來說是集電極電流、集電極-發射極間電壓）。不言而喻，Vd-Id特性也是導通電阻特性。根據歐姆定律，相對Id，Vd越低導通電阻越小，特性曲線的斜率越陡，導通電阻越低。

IGBT的低Vd（或低Id）范圍（在本例中是Vd到1V左右的范圍），在IGBT中是可忽略不計的范圍。這在高電壓大電流應用中不會構成問題，但當用電設備的電力需求從低功率到高功率范圍較寬時，低功率范圍的效率并不高。

相比之下，SiC MOSFET可在更寬的范圍內保持低導通電阻。

此外，可以看到，與150℃時的Si MOSFET特性相比，SiC、Si-MOSFET的特性曲線斜率均放緩，因而導通電阻增加。但是，SiC-MOSFET在25℃時的變動很小，在25℃環境下特性相近的產品，差距變大，溫度增高時SiC MOSFET的導通電阻變化較小。

與IGBT的區別：關斷損耗特性

前面多次提到過，SiC功率元器件的開關特性優異，可處理大功率并高速開關。在此具體就與IGBT開關損耗特性的區別進行說明。

眾所周知，當IGBT的開關OFF時，會流過元器件結構引起的尾（tail）電流，因此開關損耗增加是IGBT的基本特性。

比較開關OFF時的波形可以看到，SiC-MOSFET原理上不流過尾電流，因此相應的開關損耗非常小。在本例中，SiC-MOSFET＋SBD（肖特基勢壘二極管）的組合與IGBT＋FRD（快速恢復二極管）的關斷損耗Eoff相比，降低了88%。

還有重要的一點是IGBT的尾電流隨溫度升高而增加。順便提一下，SiC-MOSFET的高速驅動需要適當調整外置的柵極電阻Rg。這在前文“與Si-MOSFET的區別”中也提到過。