碳化硅功率器件的研究进展

目前市场上出现的碳化硅半导体包括的类型相对较多，常见的主要有二极管、金属氧化物、半导体场效应、晶体管、晶闸管、结算场、效应晶体管等等这些不同类型的碳化硅器件，单元结构和漂移区参杂以及厚度之间存在较为明显的差异。那么下文主要针对不同类型的碳化硅功率器件的相关内容进行分析。

2.1碳化硅二极管

【资料图】

碳化硅二极管的类型可分为三种类型，分别为肖特基二极 SBD、PIN 二极管以及结势垒肖特基二极管 JBS 这几种类型的二极管能够承受的电压几乎是 4H-碳化硅单极性器件的极限，从它的耐压度进行分析，可以发现它的耐压度几乎达到 600V，所以企业进行相关产品的制造， 在使用时它就具有极高的开关速度和低开态损耗。那么从阻断电压进行分析，可发现具有以上性能的碳化硅二极管及阻断电压非常低，但是反向漏电流却可以达到较高的数值。那么使用其进行产品制造是通过与其他类型的二极管相比，可发现它更加适合适用于开关频率比较高的电路中，目前市场上使用其进行产品的生产工作，在技术方面已达到较为成熟的状态，特别是它具备的优异反向恢复特性，在市场上得到了广泛的应用。

2.2碳化硅 MOSFET

碳化硅功率 MOSFET 从结构的角度进行分析，它与硅功率 MOSFET 之间的差异无统计学意义。从这种产品的应用情况来看，使用这种类型的碳化硅功率期间进行产品生产，在电子器件方面必须要满足动态损耗和降低静态损耗的各项需求，除此之外还需要承受一定高度的浪涌电流，因为浪涌电流会使得器件在使用时温度马上升高，所以从通态的角度来看，在电阻方面属于偏高热期间。而且单极功率器件的通态明显比电阻随其阻断电压的提高，呈现出快速增大的趋势，那么在这一方面其他类型的二极管使用和碳化硅元器件的使用可以弥补这一缺点，所以其他类型的碳化硅原器件在这一方面有很大的改进，特别是在开关速度的改变上，甚至比功 率 MOSFET 高。

2.3碳化硅 GTO

通过对多种类型的碳化硅器件进行对比和分析，可以发现炭化硅晶闸管器件具有多种类型碳化硅器件的优点，例如开关频率快，功率处置能力高，高温特性强等等。因为它最能将碳化硅材料的特长充分发挥出来，所以在市场上的使用概率相对较高，特别是与传统的硅器件相 比，可在超高温的条件下工作，在快速开关响应速度方面和更高的阻断能力方面，也可以满足市场发展的需求。

2.4碳化硅 IGBT

针对碳化硅器件的实际使用情况进行分析，发现有部分类型的碳化硅器件，其通态电阻会随着阻断电压的上升而迅速增加，但是这一特点并不能满足所有产品的生产需求，特别是在高压领域的碳化硅器件，无法在该领域中正常使用。其中碳化硅 IGBT 器件就可以在高压领域中 使用，而且具有非常明显的优势。对该类型的碳化硅器件发展情况进行分析，因受到工艺技术的影响，它的起步时间相对较晚，发展的速度向也比较慢，它在发展的过程中存在沟道缺陷导致的可靠性以及低电子迁移率的问题。但经过多年的研发并克服相关的电阻问题之后，它在市场上的使用效果越来越好，甚至目前已经能够对整个电力系统的应用产生极大的影响，特别是在高温高压的环境下，大部分企业会选择该类型的碳化硅器件进行产品的生产工作。

2.5碳化硅 JFET

碳化硅 JFET 与其他类型的碳化硅期间相比具有低噪音特点，除此之外还具备高输入阻抗和线性度好的特点，是目前产业化发展较为成熟的一种碳化硅功率器件。特别是在实际使用的过程中，遇到高温环境时，其稳定性远远高于其他类型的碳化硅器件，所以其自身具备的高频特性和三级可靠性也获得更多企业的青睐。但是之所以没有在市场上得到进一步的推广和应用，是因为它无法兼容通用的门极驱动器。

3.碳化硅功率器件的应用前景

3.1开关电源

最近这几年的研究使得碳化硅功率器件的应用前景逐渐广泛，随着低电压等级器件成本不断降低，目前很多类型的碳化硅器件，在开关电源领域中的应用得到深人的推广，特别是在阻断电压低于 500V 的应 用场合下，大部分类型的碳化硅元器件均可获得较好的使用效果。就目前为止，碳化硅晶体管在开关电源领域中所占的优势远远低于其他类型的碳化硅原器件。其主要原因是用其进行开关电源产品的生产在性能，效率、成本以区体积等多个维度方面，并不占有较大的优势。

3.2电动汽车

通过上文的分析碳化硅功率器件的性能，与硅功率器件相比占有较大的优势。那么用其进行电动汽车产品的生产，则能够很好的降低电动汽车驱动系统的体积重量以及成本，再加上很多电动汽车在使用时各种组织的预警会产生高温，而在这些高温的背景下，利用碳化硅功率器件进行相关系统的组合，可以达到更好的效果。目前市场上多种类型的汽车企业都开始研究碳化硅功率器件，涌入电动汽车动力系统中的内容可发现将其融人后，电动汽车动力系统的损耗可降低 50%以上。除此之外碳化硅功率器件的使用还可以更好的解决新型电路拓扑的问题。

3.3新能源发电

新能源发电是目前很多国家研空的内容，将碳化硅应用在新能源的发电工作中的相关应用并没有得到广泛的普及。但是在欧洲市场中已经常见碳化硅二級管在光伏逆交器中的应用．据了解使用碳化硅器件 光伏变换器的工作效率可提高 95%左右，而逆变器的损耗率则可隆低 1/4左右。而且通过对收集到的数据进行分析，可以发现，碳化硅器件在市场上的发展深入，相关产品的价格可控制在较低的范围内。

3.4交通轨道

在交通轨道中利用碳化硅器件进行交通轨道牵引的工作！是最近这几年来交通轨道领域研究的重点向题：目前碳化硅功库器件连用于轨道交通牵引领域，已经在日本的市场获得验证。在 2012年，东京地铁银座线的新 01 系列车就己经使用碳化硅逆交器进行生产，其使用后可以更好地降低那边汽车电能损耗，使得整个列车的电能再生性能得到大幅度的提升。据了解使用后的电力再生率由原来的 22.7 %低到了 50 %以上，由此可认为碳化硅逆交器的使用不仅可以更好的降低耗电量，还可以获得更明显的节能效果。

3.5电力系统

目前，智能电网工程的完善程度越来越南，在电力电子技术应用发展速度不断加快的背景下，碳化硅功率器件在柔性交流输电，电力电子交换器等多个场景当中都具有较大的应用潜能，它可以使电效提高40%以上也以电力损耗降低在 60 %以内。

关键词： 进行分析 电动汽车 开关电源