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SiC MOS管性能优势与驱动电路差异,电路设计要点
〖 2024-03-29 | 点击   
碳化硅(SiC)是一种具有卓越性能的半导体材料,是瑞典科学家Jacob Berzelus在1824年发现的。普通的碳化硅材料可用于制作电热元件硅碳棒,还可用来提高金属件的耐磨性,也可作为脱氧剂。

SiC MOS管也具有高击穿场强和高工作温度
在半导体领域,SiC材料凭借良好的热导率、较高的禁带宽度得到了业界高度重视。热导率比Si材料高意味着电流密度也较高,高禁带宽度决定了SiCMOS管也具有高击穿场强和高工作温度。SiC MOS管优点可以概括如下。
高阻断电压
与应用广泛的Si材料相比,SiC的击穿场强是Si材料的10倍以上,SiC MOS管器件的阻断电压比Si MOS管器件高很多。开关速度快
SiC的热导系数几乎是Si材料的2.5倍,饱和电子漂移率是Si的2倍,所以SiC器件能在更高的频率下工作。导通损耗小
由于半导体器件的导通损耗与击穿场强成反比,对于同样的功率等级考量,SiC MOS管器件的导通损耗比Si器件小很多。另外,SiC MOS管器件导通损耗对温度的依存度很小,其导通损耗随温度的变化也要小很多,所以SiC MOS管与传统Si器件之间的差别非常大。
能承受更高的温度
在物理特性上,SiC晶体结构高度稳定,能带宽度可达2.2-3.3eV,这个数字几乎是Si材料的两倍以上。一般而言,SiC所能承受的温度更高,SiC MOS管所能达到的最大工作温度可到600摄氏度以上。


SiC MOS管器件损耗比传统器件小10倍多
通过上述介绍,在相同的功率等级下,使用SiC MOS管器件的电子系统设备BOM清单中的功率器件数量将大大减少,所采用的散热器、滤波元件的体积也缩小了很多,而系统的效率也有大幅度提升。
由于与SiMOS管有较大差别,设计SiC MOS管驱动电路也是一项挑战。相比于Si器件,SiCMOS管的寄生电容更小(大小相差超过十倍),对驱动电路的寄生参数更敏感,设计中必须足够重视。目前,已经量产的SiC MOS管的驱动电压范围为-5V~+25V,而传统的Si器件的驱动电压为-30V~+30V。
因此,SiC MOS管器件的安全阈值很小,如果电路出现一个电压尖峰很可能击穿G-S之间的氧化层,使器件损坏。另外,SiC MOS管的价格同比贵了不少,这限制了它在一般用途中的应用。
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