碳化硅MOSFET有哪些优势？

通过SiC系列的文《SiC材料到底“cool”在哪里？》，我们了解到了SiC材料本身的卓越性能。那么，使用SiC材料做成的器件又会有什么过人之处呢？接下来就让我们一探究竟吧。

• 相比Si IGBT，CoolSiC™ 好在哪儿？

目前IGBT和MOSFET都是广泛使用的功率器件，特别是在高压电力电子领域IGBT 应用更为普遍。那么，IGBT 和MOSFET 究竟有哪些区别呢？其实它们的结构非常相似，正面采用多晶硅与漂移区形成金属-氧化物-半导体结构，作为门极；漂移区普遍采用N型掺杂的半导体来承受阻断电压；门极施加正压（高于器件阈值电压）时，器件导通，通态电流在漂移区纵向流动。区别主要在于IGBT 在漂移区背面有P+注入作为集电极，而MOSFET 直接在N漂移区背面淀积金属作为漏极。IGBT 背面的P+决定了它是双极型器件，在器件导通时，发射极注入电子，而集电极注入空穴，两种载流子均参与导电。在器件关断时，多余的空穴只能在体内进行复合，从而造成拖尾电流，增加了关断损耗，限制了开关频率的提高。而且在高温下，拖尾电流更加明显，造成更大的关断损耗。目前IGBT 能实现系统的开关频率均在100kHz 以下。而MOSFET 只依赖电子进行导电，关断时电子可以迅速被抽走，没有拖尾电流，因而关断损耗更小，且基本不随温度变化。

下面我们通过实际测试数据来直观感受一下SiC 的优势。

1）开关损耗

图2是1200V HighSpeed3 IGBT(IGW40N120H3) 与CoolSiC™ MOSFET (IMW120R045M1) 在同一平台下进行开关损耗的对比测试结果。母线电压800V, 驱动电阻RG=2.2Ω，驱动电压为15V/-5V。使用1200V/20A G5 肖特基二极管 IDH20G120C5作为续流二极管。在开通阶段，40A 的电流情况下，CoolSiC™ MOSFET 开通损耗比IGBT 低约50%，且几乎不随结温变化。这一优势在关断阶段会更加明显，在25℃结温下，CoolSiC™ MOSFET 关断损耗大约是IGBT 的20%，在175℃的结温下，CoolSiC™ MOSFET 关断损耗仅有IGBT 的10%（关断40A电流）。且开关损耗温度系数很小。

2）导通损耗

图3是1200V HighSpeed3 IGBT (IGW40N120H3) 与CoolSiC™ MOSFET (IMW120R045M1) 的输出特性对比。常温下，两个器件在40A 电流下的导通压降相同。当小于40A 时，CoolSiC™ MOSFET 显示出近乎电阻性的特性，而IGBT 则在输出特性上有一个拐点，一般在1V~2V, 拐点之后电流随电压线性增长。当负载电流为15A 时，在常温下，CoolSiC™ 的正向压降只有IGBT 的一半，在175℃结温下，CoolSiC™ MOSFET 的正向压降约是IGBT 的80%。在实际器件设计中，CoolSiC™ MOSFET 比IGBT 具有更低的导通损耗。