【導讀】由SiC制作的MOSFET耐壓高，或者在同樣的耐壓要求下，MOSFET的尺寸就小，從而大大降低了MOS管的導通電阻和傳熱熱阻。使用SiC制作的MOSFET在近期在大功率、高電壓、高頻率應用越來越廣泛。以下給大家以圖文的形式講解碳化硅MOS管長啥樣的？

同樣位于元素周期表第四欄的元素，硅(Si)，鍺(Ge)都是被最早用于半導體材料的元素，而碳元素(C)卻不是。

碳元素在石墨結構下是導體，而在金剛石結構下，由于共價鍵躍遷能帶比較大，是絕緣體。同樣是金剛石結構的硅元素由于共價鍵比較弱，共用電子對定域性較差，在一定電壓下電子就會解離，體現半導體性質。

如果將硅(Si碳(C)組成碳化硅(SiC)化合物，則形成寬禁帶半導體（3V）。普通的硅（Si）半導體的禁帶只有1.1V。

左邊：碳化硅(SiC)晶體；右邊：SiC晶體結構

由SiC制作的MOSFET耐壓高，或者在同樣的耐壓要求下，MOSFET的尺寸就小，從而大大降低了MOS管的導通電阻和傳熱熱阻。

使用SiC制作的MOSFET在近期在大功率、高電壓、高頻率應用越來越廣泛。

恰好手邊有如下功率MOS管，左邊為碳化硅MOS管，型號為C2M0080120，它的耐壓為1200V，導通電阻80m歐姆。

中間的是普通的N溝道MOS管，形式是IRF450。它的耐壓為500V，額定工作電流為13A。

右邊是IGBT，型號為50N6S2。耐壓為600V，額定工作電流為75A。

左：SiC：C2M0080120;1200V,31.6A, 80mΩ

中：MOSFET:IRF450:500V,13A：

右：IGBT:50N6S2, 600V,75A

下面是對這三種MOS測量它們的漏極-源極之間的擊穿電壓。將控制柵極與源極之間短路。

下圖為IGBT 50N6S2測試結果。當電壓超過150V的時候，漏極電流就開始激增。這個數值遠比其數據手冊標稱的600V小得多。

對于IRF450的擊穿電壓測試曲線，當電壓超過600V的時候，漏極電流激增。這與該期間的數據手冊上標稱的耐壓基本相當。

碳化硅MOS管C2M0080的漏極擊穿電壓曲線如下，當電壓超過1000V之后，電流呈現激增。的確SiC管子的耐壓不俗。

下面對照一下C2M0080與IRFP460導通電阻之間的差異。在柵極控制電壓為24V時，通過3A左右的電流，通過測量漏極-源極之間的電壓來計算導通電阻。

C2M00801021的導通電阻大約為70毫歐姆（0.07Ω）。

IRFP460的導通電阻大約為225毫歐姆（0.225Ω）。它比C2M0080導通電阻大了3倍左右。

出色的高耐壓和低導通電阻使得碳化硅MOS管在大功率半導體電路中表現出色。特別對于高電壓電路，在同樣的功率密度下，碳化硅MOS自身損耗很小，有的場合甚至可以不使用散熱片便可以獲得同樣功率輸出。

雖然SiC功率器件有著很多優點，但它也有自身的一些缺點。比如它的柵極驅動電壓要求高，自身寄生反向導通二極管的電壓高，這對于一些需要依賴于MOS管自身反向導通二極管的電路來說，反向導通二極管導通電壓會影響電路性能。

對比SiC和Si功率MOS管寄生反向二極管的導通電壓

SiC管價格高到也影響到它的應用普及。

作者：卓晴

來源：TsinghuaJoking