近年來(lái)，SiC功率器件的出現(xiàn)大大提升了半導(dǎo)體器件的性能，這對(duì)電力電子行業(yè)的發(fā)展意義重大。據(jù)Yole預(yù)測(cè)，到2023年SiC功率器件市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)14億美元，其主要的市場(chǎng)增長(zhǎng)機(jī)會(huì)在汽車領(lǐng)域，特別是EV、混合動(dòng)力車和燃料電池車等電動(dòng)車應(yīng)用市場(chǎng)。

　　與Si器件相比，SiC功率器件可以有效實(shí)現(xiàn)電力電子系統(tǒng)的高效率、小型化和輕量化。據(jù)了解，SiC功率器件的能量損耗只有Si器件的50%，發(fā)熱量只有Si器件的50%，且有更高的電流密度。在相同功率等級(jí)下，SiC功率模塊的體積顯著小于Si功率模塊,以智能功率模塊IPM為例，利用SiC功率器件，其模塊體積可縮小至Si功率模塊的1/3～2/3。

　　目前越來(lái)越多的廠商對(duì)碳化硅(SiC)器件加大投入，國(guó)外知名廠商有ROHM、Bombardier、Cree、SDK、STMicroelectronics、InfineonTechnologies、Littelfuse、Ascatron等，國(guó)內(nèi)也有不少?gòu)S商陸續(xù)推出SiC功率器件產(chǎn)品，如泰科天潤(rùn)、基本半導(dǎo)體、上海瞻芯電子、楊杰科技、芯光潤(rùn)澤、瑞能半導(dǎo)體等。

　　SiC功率半導(dǎo)體器件技術(shù)發(fā)展近況

　　1、SiC功率二極管

　　SiC功率二極管有3種類型：肖特基二極管（SBD），PIN二極管和結(jié)勢(shì)壘控制肖特基二極管（JBS）。由于存在肖特基勢(shì)壘，SBD具有較低的結(jié)勢(shì)壘高度。因此，SBD具有低正向電壓的優(yōu)勢(shì)。SiCSBD的出現(xiàn)將SBD的應(yīng)用范圍從250V提高到1200V。同時(shí)，其高溫特性好，從室溫到由管殼限定的175℃，反向漏電流幾乎沒(méi)有增加。在3kV以上的整流器應(yīng)用領(lǐng)域，SiCPiN和SiCJBS二極管由于比Si整流器具有更高的擊穿電壓、更快的開(kāi)關(guān)速度以及更小的體積和更輕的重量而備受關(guān)注。

　　2、SiC MOSFET器件

　　Si功率MOSFET器件具有理想的柵極電阻、高速的開(kāi)關(guān)性能、低導(dǎo)通電阻和高穩(wěn)定性。在300V以下的功率器件領(lǐng)域，是首選的器件。有報(bào)道稱，已成功研制出阻斷電壓10kV的SiCMOSFET。研究人員認(rèn)為，SiC MOSFET在3kV～5kV領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)優(yōu)勢(shì)地位。盡管遇到了不少困難，具有較大的電壓電流能力的SiCMOSFET的研發(fā)還是取得了顯著進(jìn)展。

　　另外，有報(bào)道介紹，SiC MOSFET柵氧層的可靠性已得到明顯提高。在350℃條件下有良好的可靠性。這些研究結(jié)果表明柵氧層將有希望不再是SiCMOSFET的一個(gè)顯著的問(wèn)題。

　　3、碳化硅絕緣柵雙極晶體管（SiC BJT、SiC IGBT）和碳化硅晶閘管（SiC Thyristor）

　　之前報(bào)道了阻斷電壓12kV的碳化硅P型IGBT器件，并具有良好的正向電流能力。SiC IGBT器件的導(dǎo)通電阻可以與單極的碳化硅功率器件相比。與Si雙極型晶體管相比，SiC雙極型晶體管具有低20～50倍的開(kāi)關(guān)損耗以及更低的導(dǎo)通壓降。SiCBJT主要分為外延發(fā)射極和離子注入發(fā)射極BJT，典型的電流增益在10-50之間。

　　關(guān)于碳化硅晶閘管，有報(bào)道介紹了1平方厘米的晶閘管芯片，阻斷電壓5kV，在室溫下電流100A（電壓4.1V），開(kāi)啟和關(guān)斷時(shí)間在幾十到幾百納秒。