碳化硅MOS管图文详解

品慧电子讯由SiC制作的MOSFET耐压高，或者在同样的耐压要求下，MOSFET的尺寸就小，从而大大降低了MOS管的导通电阻和传热热阻。使用SiC制作的MOSFET在近期在大功率、高电压、高频率应用越来越广泛。以下给大家以图文的形式讲解碳化硅MOS管长啥样的？

同样位于元素周期表第四栏的元素，硅(Si)，锗(Ge)都是被最早用于半导体材料的元素，而碳元素(C)却不是。

碳元素在石墨结构下是导体，而在金刚石结构下，由于共价键跃迁能带比较大，是绝缘体。同样是金刚石结构的硅元素由于共价键比较弱，共用电子对定域性较差，在一定电压下电子就会解离，体现半导体性质。

如果将硅(Si碳(C)组成碳化硅(SiC)化合物，则形成宽禁带半导体（3V）。普通的硅（Si）半导体的禁带只有1.1V。

左边：碳化硅(SiC)晶体；右边：SiC晶体结构

由SiC制作的MOSFET耐压高，或者在同样的耐压要求下，MOSFET的尺寸就小，从而大大降低了MOS管的导通电阻和传热热阻。

使用SiC制作的MOSFET在近期在大功率、高电压、高频率应用越来越广泛。

恰好手边有如下功率MOS管，左边为碳化硅MOS管，型号为C2M0080120，它的耐压为1200V，导通电阻80m欧姆。

中间的是普通的N沟道MOS管，形式是IRF450。它的耐压为500V，额定工作电流为13A。

右边是IGBT，型号为50N6S2。耐压为600V，额定工作电流为75A。

左：SiC：C2M0080120;1200V,31.6A, 80mΩ

中：MOSFET:IRF450:500V,13A：

右：IGBT:50N6S2, 600V,75A

下面是对这三种MOS测量它们的漏极-源极之间的击穿电压。将控制栅极与源极之间短路。

下图为IGBT 50N6S2测试结果。当电压超过150V的时候，漏极电流就开始激增。这个数值远比其数据手册标称的600V小得多。

对于IRF450的击穿电压测试曲线，当电压超过600V的时候，漏极电流激增。这与该期间的数据手册上标称的耐压基本相当。

碳化硅MOS管C2M0080的漏极击穿电压曲线如下，当电压超过1000V之后，电流呈现激增。的确SiC管子的耐压不俗。

下面对照一下C2M0080与IRFP460导通电阻之间的差异。在栅极控制电压为24V时，通过3A左右的电流，通过测量漏极-源极之间的电压来计算导通电阻。

C2M00801021的导通电阻大约为70毫欧姆（0.07Ω）。

IRFP460的导通电阻大约为225毫欧姆（0.225Ω）。它比C2M0080导通电阻大了3倍左右。

出色的高耐压和低导通电阻使得碳化硅MOS管在大功率半导体电路中表现出色。特别对于高电压电路，在同样的功率密度下，碳化硅MOS自身损耗很小，有的场合甚至可以不使用散热片便可以获得同样功率输出。

虽然SiC功率器件有着很多优点，但它也有自身的一些缺点。比如它的栅极驱动电压要求高，自身寄生反向导通二极管的电压高，这对于一些需要依赖于MOS管自身反向导通二极管的电路来说，反向导通二极管导通电压会影响电路性能。

对比SiC和Si功率MOS管寄生反向二极管的导通电压

SiC管价格高到也影响到它的应用普及。

作者：卓晴

来源：TsinghuaJoking