SiC是什么？SiC-MOS管與Si-MOS管的區(qū)別-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-06-23
SiC--碳化硅，是比較新的半導(dǎo)體材料。先來了解一下它的物理特性和特征。
SiC是由硅(Si)和碳(C)組成的化合物半導(dǎo)體材料。其結(jié)合力非常強(qiáng)，在熱、化學(xué)、機(jī)械方面都非常穩(wěn)定。SiC存在各種多型體（多晶型體），它們的物理特性值各有不同。4H-SiC最適用于功率元器件。
下表為Si和近幾年經(jīng)常聽到的半導(dǎo)體材料的比較。
表中黃色高亮部分是Si與SiC的比較。藍(lán)色部分是用于功率元器件時的重要參數(shù)。如數(shù)值所示，SiC的這些參數(shù)頗具優(yōu)勢。
另外，與其他新材料不同，它的一大特征是元器件制造所需的p型、n型控制范圍很廣，這點與Si相同。基于這些優(yōu)勢，SiC作為超越Si限制的功率元器件用材料備受期待。
Si和C是1對1的比例結(jié)合的Ⅳ-Ⅳ族化合物半導(dǎo)體
以Si和C的原子對為單元層的最密堆積構(gòu)造
存在各種多型體，且4H-SiC最適用于功率元器件
結(jié)合力非常強(qiáng) → 熱、化學(xué)、機(jī)械方面穩(wěn)定
熱穩(wěn)定性 ：常壓狀態(tài)下無液層，2000℃升華
機(jī)械穩(wěn)定性：莫氏硬度（9.3），可以媲美鉆石（10）
化學(xué)穩(wěn)定性 ：對大部分酸和堿具有惰性
SiC比Si的絕緣擊穿場強(qiáng)高約10倍，可耐600V～數(shù)千V的高壓。此時，與Si元器件相比,可提高雜質(zhì)濃度，且可使膜厚的漂移層變薄。高耐壓功率元器件的電阻成分大多是漂移層的電阻，阻值與漂移層的厚度成比例增加。
因為SiC的漂移層可以變薄，所以可制作單位面積的導(dǎo)通電阻非常低的高耐壓元器件。理論上,只要耐壓相同，與Si相比,SiC的單位面積漂移層電阻可低至1/300。
Si 功率元器件為改善高耐壓化產(chǎn)生的導(dǎo)通電阻増大問題，主要使用IGBT（絕緣柵極雙極晶體管）等少數(shù)載流子元器件（雙極元器件）。但因為開關(guān)損耗大而具有發(fā)熱問題，實現(xiàn)高頻驅(qū)動存在界限。
由于SiC能使肖特基勢壘二極管和MOSFET等高速多數(shù)載流子元器件的耐壓更高，因此能夠同時實現(xiàn) “高耐壓”、“低導(dǎo)通電阻”、“高速”。
此時，帶隙是Si的約3倍，能夠在更高溫度下工作。現(xiàn)在，受封裝耐熱性的制約可保證150℃～175℃的工作溫度，但隨著封裝技術(shù)的發(fā)展將能達(dá)到200℃以上。
SiC-MOS管的驅(qū)動與Si-MOS管的比較中應(yīng)該注意的兩個關(guān)鍵要點。
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(qū)動電壓即柵極－源極間電壓Vgs越高導(dǎo)通電阻越低的特性。下圖表示SiC-MOSFET的導(dǎo)通電阻與Vgs的關(guān)系。
導(dǎo)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(qū)動電壓為Vgs=10～15V，而SiC-MOSFET建議在Vgs=18V前后驅(qū)動，以充分獲得低導(dǎo)通電阻。
也就是說，兩者的區(qū)別之一是驅(qū)動電壓要比Si-MOSFET高。與Si-MOSFET進(jìn)行替換時，還需要探討柵極驅(qū)動器電路。
SiC-MOSFET元件本身（芯片）的內(nèi)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(shè)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(nèi)部柵極電阻增大。例如，1200V 80mΩ產(chǎn)品（S2301為裸芯片產(chǎn)品）的內(nèi)部柵極電阻約為6.3Ω。
這不僅局限于SiC-MOSFET，MOSFET的開關(guān)時間依賴于外置柵極電阻和上面介紹的內(nèi)部柵極電阻合在一起的綜合柵極電阻值。
SiC-MOSFET的內(nèi)部柵極電阻比Si-MOSFET大，因此要想實現(xiàn)高速開關(guān)，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(dān)著對抗施加于柵極的浪涌的任務(wù)，因此必須注意與浪涌保護(hù)之間的良好平衡。
關(guān)鍵要點:
為使SiC-MOSFET獲得低導(dǎo)通電阻，Vgs需要在18V前后，要比Si-MOSFET高。
SiC-MOSFET的內(nèi)部柵極電阻比Si-MOSFET大，因此外置Rg較小，但需要權(quán)衡浪涌保護(hù)。
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