【上海电力电子展】碳化硅（SiC）功率器件发展现状

上海国际电力元件、可再生能源管理展览会将于2020年7月1-3日在上海世博展览馆隆重举行，邀您关注今日上海电力电子展新资讯：

       近年来，SiC功率器件的出现大大提升了半导体器件的性能，这对电力电子行业的发展意义重大。据Yole预测，到2023年SiC功率器件市场规模预计将达14亿美元，其主要的市场增长机会在汽车领域，特别是EV、混合动力车和燃料电池车等电动车应用市场。

       与Si器件相比，SiC功率器件可以有效实现电力电子系统的高效率、小型化和轻量化。据了解，SiC功率器件的能量损耗只有Si器件的50%，发热量只有Si器件的50%，且有更高的电流密度。在相同功率等级下，SiC功率模块的体积显著小于Si功率模块,以智能功率模块IPM为例，利用SiC功率器件，其模块体积可缩小至Si功率模块的1/3～2/3。

       SiC功率半导体器件技术发展近况

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       SiC功率二极管

       SiC功率二极管有3种类型：肖特基二极管（SBD），PIN二极管和结势垒控制肖特基二极管（JBS）。由于存在肖特基势垒，SBD具有较低的结势垒高度。因此，SBD具有低正向电压的优势。SiCSBD的出现将SBD的应用范围从250V提高到1200V。同时，其高温特性好，从室温到由管壳限定的175℃，反向漏电流几乎没有增加。在3kV以上的整流器应用领域，SiCPiN和SiCJBS二极管由于比Si整流器具有更高的击穿电压、更快的开关速度以及更小的体积和更轻的重量而备受关注。

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       SiC MOSFET器件

        Si功率MOSFET器件具有理想的栅极电阻、高速的开关性能、低导通电阻和高稳定性。在300V以下的功率器件领域，是首选的器件。有报道称，已成功研制出阻断电压10kV的SiCMOSFET。研究人员认为，SiC MOSFET在3kV～5kV领域将占据优势地位。尽管遇到了不少困难，具有较大的电压电流能力的SiCMOSFET的研发还是取得了显著进展。

　　另外，有报道介绍，SiC MOSFET栅氧层的可靠性已得到明显提高。在350℃条件下有良好的可靠性。这些研究结果表明栅氧层将有希望不再是SiCMOSFET的一个显著的问题。

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       碳化硅绝缘栅双极晶体管和碳化硅晶闸管

       阻断电压12kV的碳化硅P型IGBT器件，具有良好的正向电流能力。SiC IGBT器件的导通电阻可以与单极的碳化硅功率器件相比。与Si双极型晶体管相比，SiC双极型晶体管具有低20～50倍的开关损耗以及更低的导通压降。SiCBJT主要分为外延发射极和离子注入发射极BJT，典型的电流增益在10-50之间。

       关于碳化硅晶闸管，有报道介绍了1平方厘米的晶闸管芯片，阻断电压5kV，在室温下电流100A（电压4.1V），开启和关断时间在几十到几百纳秒。

       总结

       新能源汽车是SiC功率器件的主要增长点，充电桩也是，以直流充电桩为例，据CASA测算，电动汽车充电桩中的SiC器件的平均渗透率达到10%，2018年整个直流充电桩SiC电力电子器件的市场规模约为1.3亿，较2017年增加了一倍多。

       SiC功率器件存在很多优势，未来发展空间也在逐渐增大，不过在发展SiC器件的过程中，还是存在不少问题，从近几年的发展来看，国内外厂商还是研究机构，都在加大投入发展更有的技术和产品，相信未来SiC器件不管在性能还是价格等多方面都会更适应市场需求。

文章来源：电子发烧友

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