低導通電阻SiC器件在大電流高功率應用中的優(yōu)越性

眾所周知，SiC作為一種性能優(yōu)異的第三代半導體材料，因其高擊穿場(chǎng)強、寬禁帶寬度、高熱導率、高載流子飽和漂移速度等特性可以輔助電子器件更好地在高溫、高壓、高頻應用中使用，可有效突破傳統Si基半導體材料的物理極限。

目前使用最廣泛的SiC開(kāi)關(guān)器件是SiC MOSFET，與傳統Si IGBT相比，SiC材料的優(yōu)異性能配合MOSFET單極開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)可以在大功率應用中實(shí)現高頻、高效、高能量密度、低成本的目標，從而推動(dòng)電力電子系統的發(fā)展。

圖1: 碳化硅器件應用范圍示意圖1

圖2: 典型應用場(chǎng)景對應的功率等級2

從技術(shù)上講，隨著(zhù)近些年來(lái)電力電子系統功率密度和電力電子系統效率的明顯發(fā)展，電力相關(guān)設備代替傳統能源設備的趨勢已經(jīng)日益顯著(zhù)。隨著(zhù)SiC MOSFET器件應用的范圍越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)以及產(chǎn)業(yè)對SiC器件的需求也逐漸提高，需要SiC器件承載更大的功率，導通更大的電流，提升更高的效率。為滿(mǎn)足這些需求，一個(gè)有效的手段就是降低SiC器件的總電阻，降低總電阻主要有兩個(gè)思路：

①增加并聯(lián)器件的數目 ②降低單個(gè)器件電阻。

增加并聯(lián)器件數目的做法屬于一種常見(jiàn)的方式，但是同時(shí)也存在明顯的短板。例如：由于多顆器件是并聯(lián)使用，對器件性能的一致性要求更高，若一致性出現偏差將產(chǎn)生導致不均流現象。為提升一致性則需要增加篩選成本。更多的器件并聯(lián)也意味著(zhù)需要更多的引線(xiàn)互聯(lián)，這也將引入更多的寄生參數，在越來(lái)越高頻的應用中引入的寄生參數將帶來(lái)不必要的效率損失。

圖3: 模塊并聯(lián)芯片產(chǎn)生不均流現象3

所以低導通電阻器件也成為了應用端開(kāi)始重點(diǎn)考慮的方案。該方案可以減少并聯(lián)器件數目，降低芯片一致性篩選成本，抑制均流、均溫等可靠性問(wèn)題；同時(shí)也優(yōu)化了打線(xiàn)、布局工藝，降低設計難度。而相比較于多個(gè)大電阻器件并聯(lián)方案，使用單個(gè)低導通電阻電阻器件不需要預留芯片間的間距避免串擾問(wèn)題，提升了器件有源區的占比，可以提升整體電流能力，節約空間實(shí)現小型化，降低系統成本。

圖4: 低導通電阻器件優(yōu)勢

昕感科技在低導通電阻器件的開(kāi)發(fā)上走在了行業(yè)的前列，于2023年推出一款1200V/7mΩ SiC MOSFET產(chǎn)品N2M120007PP0，使用了TO247-4PLUS封裝降低器件熱阻。該產(chǎn)品工作電流可達300A以上，具有正溫度系數，可方便實(shí)現大電流并聯(lián)。同時(shí)，昕感新品的漏電流極低，具備優(yōu)越的高壓阻斷特性，方便用戶(hù)使用和節省成本。

表1: N2M120007PP0產(chǎn)品關(guān)鍵參數

圖5: N2M120007PP0輸出特性曲線(xiàn)

圖6: N2M120007PP0歸一化導通電阻與溫度的曲線(xiàn)

參考文獻：

1.盛況，中國電機工程學(xué)報，2020

2.F. Roccaforte, Microelectronic Engineering, 2017

3.Y. Nakamura, IEEE TPEL, 2023

來(lái)源：昕感科技