前言
SiC作为第三代半导体产业发展的重要基础材料，SiC MOSFET器件具有更高的开关频率和使用温度，能够减小电感、电容、滤波器和变压器等组件的尺寸，提高系统电力转换效率，并且降低对热循环的散热要求。在电力电子系统中，应用碳化硅MOSFET器件替代传统硅IGBT器件，可以实现更低的开关和导通损耗，同时具有更高的阻断电压和雪崩能力，显著提升系统效率及功率密度，从而降低系统综合成本。
碳化硅MOSFET具有高频高效，高耐压，高可靠性。可以实现节能降耗，小体积，低重量，高功率密度等特性，在新能源汽车、轨道交通、智能电网、充电桩电源模块、光伏逆变器、光储一体机、工业电源及军工电源、电机驱动、白色家电等领域具有明显优势。
一. 碳化硅MOSFET封装简介及应用
按照安装在PCB板上的方式来划分，MOS管封装主要有两大类：插入式(Through Hole)和表面贴装式(Surface Mount)。
插入式就是MOSFET的管脚穿过PCB板的安装孔并焊接在PCB板上。插入式封装有晶体管外形封装(TO)。
插件封装主要有 ：TO-247-3、TO247-4、TO220F 。
插件碳化硅MOSFET产品是市场通用器件，可用于各种PFC和桥式整流电路，应用市场主要包括：汽车OBC、DC-DC、充电桩、空调变频器、光伏逆变器、UPS、大功率LED电源、通信电源、各种工业设备电源等，功率从几百瓦到几百千瓦不等。
表面贴裝则是MOSFET的管脚及散热法兰焊接在PCB板表面的焊盘上。
贴片封装主要有：DFN5×6、DFN8×8、TO-263-7、TOLL.
贴片封装碳化硅MOSFET产品，主要用于各种小功率电源PFC电流或其他整流电路，功率范围主要在0~3000W，电视电源、家电电源、手机适配器、电脑适配器、新能源汽车DC-DC转换器、小功率OBC、微型逆变器等。
常用TO247-3和TO247-4封装图
碳化硅MOSFET是一种基于碳化硅半导体材料的场效应晶体管。它的工作原理类似于传统的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。主要由以下三个部分组成：
1.栅极（Gate）： 栅极是用于控制MOSFET导通的部分。当施加正电压时，栅极与通道之间形成电场，控制通道的导电性。
2.源极（Source）和漏极（Drain）： 源极和漏极分别是MOSFET的输入和输出端。通过控制栅极电压，调节源极和漏极之间的电流流动。
3.通道（Channel）： 通道是源极和漏极之间的导电路径。在碳化硅MOSFET中，通道由碳化硅材料构成，具有较高的载流子迁移率和耐压能力。
碳化硅MOSFET的工作原理可以简述如下：当栅极施加正电压时，形成电场，使得通道中的载流子（电子或空穴）移动，导致源极和漏极之间形成导电路径。通过调节栅极电压，可以控制通道中的载流子浓度，从而控制MOSFET的导通程度。
二. 碳化硅MOSFET分平面型结构和沟槽型结构
碳化硅MOSFET的平面型结构和沟槽型结构的主要区别在于它们的构造方式和工艺复杂度。
平面型结构是行业内应用最早、最广泛、最可靠的架构。其特点是工艺简单，元胞一致性较好，雪崩能量比较高。然而，平面型结构在电流被限制在靠近P体区域的狭窄N区中时，会产生JFET效应，增加通态电阻，且寄生电容较大。
沟槽型结构则是改进的技术，通过在芯片表面形成凹槽的侧壁上形成MOSFET栅极。其特点是可以增加元胞密度，没有JFET效应，沟道晶面可实现最佳的沟道迁移率，导通电阻比平面结构明显降低。然而，沟槽型结构的工艺更加复杂，元胞的一致性较差，雪崩能量比较低。
两种结构的优势如下：
平面型结构的优势在于其结构简单、容易制造、可靠性高。由于其工艺成熟，元胞一致性较好，因此在可靠性要求高的应用中仍然占据主导地位。
沟槽型结构的优势则在于其性能显著提升，能够降低导通损耗和开关过程中的能量损耗，提高工作效率和频率响应。此外，沟槽型结构还具有更高的晶圆密度，可以有效降低芯片的使用成本。
三.相对应于硅基MOSFET以及IGBT，碳化硅MOSFTE有以下优点：
IGBT、碳化硅MOS、平面/超结MOS的功率和频率比较
整个电力半导体器件中变化最大的就是功率MOSFET，其中，硅基器件中SJ MOSFET器件和IGBT器件在结构和工艺技术得到了较深的发展。SJ（超结）MOSFET采用基于电荷平衡的器件结构，导通电阻明显下降，在高压应用时优势尤其突出。但是，以宽禁带半导体（碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN））形式出现的新材料技术正在提供可改善电路设计人员选择的选择，特性更接近理想的开关。
传统MOSFET工作频率在60KHZ左右，而碳化硅MOSFET在1MHZ，甚至更高
用途：高频工作，可以减小电源系统中电容以及电感或变压器的体积，降低电源成本，让电源实现小型化，美观化。从而实现电源的升级换代。
碳化硅MOSFET单管最小内阻可以达到几个毫欧，这对于传统的MOSFET看来是不可想象的。市场量产碳化硅MOSFET最低内阻在16毫欧。
用途：轻松达到能效要求，减少散热片使用，降低电源体积和重量，电源温度更低，可靠性更高。
综上所述：使用碳化硅MOSFET可以让电源实现高效率，小体积，在一些高温，高压环境，有一定优势。
四.碳化硅MOSFET的综合特性
SiC器件漂移层的阻抗比Si器件低，不需要进行电导率调制就能够以高频器件结构的MOSFET实现高耐压和低阻抗。而且MOSFET原理上不产生尾电流，所以用SiC MOSFET替代IGBT时，能够明显地减少开关损耗，并且实现散热部件的小型化。另外，SiC MOSFET能够在IGBT不能工作的高频条件下驱动，从而也可以实现被动器件的小型化。与600V～1200V的Si MOSFET相比，SiC MOSFET的优势在于芯片面积小（可以实现小型封装），而且体二极管的恢复损耗非常小。
SiC‐MOSFET 的Turn‐on 速度与Si IGBT 和Si MOSFET 相当，大约几十ns。但是在感性负载开关的情况下，由通往上臂二极管的回流产生的恢复电流也流过下臂，由于各二极管性能的偏差，从而产生很大的损耗。Si FRD 和Si MOSFET 中的体二极管的通常恢复电流非常大，会产生很大的损耗，而且在高温下该损耗有进一步增大的趋势。与此相反，SiC二极管不受温度影响，可以快速恢复，SiC MOSFET 的体二极管虽然Vf 较高但是与碳化硅二极管相同，具有相当的快速恢复性能。通过这些快速恢复性能，可以减少Turn‐on 损耗（Eon）好几成。开关速度极大程度上决定于外部的门极电阻Rg。为了实现快速动作，推荐使用几Ω左右的低阻值门极电阻。另外还需要考虑到浪涌电压，选择合适的门极电阻。
芯片内部门极电阻与门极电极材料的薄层阻抗和芯片尺寸相关。如果是相同的设计，芯片内部门极电阻与芯片尺寸呈反比例，芯片尺寸越小，门极电阻越大。SiC MOSFET 的芯片尺寸比Si 器件小，虽然结电容更小，但是同时门极电阻也就更大。
与Si MOSFET 一样，SiC MOSFET体内也存在因PN结而形成的体二极管（寄生二极管）。但是由于SiC的带隙是Si的3倍，所以SiC MOSFET的PN二极管的开启电压大概是3V左右，比较大，而且正向压降（Vf）也比较高。以往，当Si MOSFET外置回流用的快速二极管时，由于体二极管和外置二极管的Vf大小相等，为了防止朝向恢复慢的体二极管侧回流，必须在MOSFET上串联低电压阻断二极管，这样的话，既增加了器件数量，也使导通损耗进一步恶化。然而，SiC MOSFET的体二极管的Vf 比回流用的快速二极管的Vf还要高出很多，所以当逆向并联外置二极管时，不需要串联低压阻断二极管。
体二极管的Vf比较高，这一问题可以通过如同整流一样向门极输入导通信号使其逆向导通来降低。逆变驱动时，回流侧的臂上多数是在死区时间结束之后输入门极导通信号（请确认使用中的CPU的动作），体二极管的通电只在死区时间期间发生，之后基本上是经由沟道逆向流过。因此，即使在只由MOSFET（无逆向并联的SBD）构成的桥式电路中，体二极管的Vf较高也没有问题。
SiC MOSFET的体二极管虽然是PN 二极管，但是少数载流子寿命较短，所以基本上没有出现少数载流子的积聚效果，与SBD 一样具有超快速恢复性能（几十ns）。因此Si MOSFET的体二极管与IGBT外置的FRD相比，其恢复损耗可以减少到IGBT外置的FRD的几分之一到几十分之一。体二极管的恢复时间与SBD相同，是恒定的，不受正向输入电流If的影响（dI/dt 恒定的情况下）。在逆变器应用中，即使只由MOSFET 构成桥式电路，也能够实现非常小的恢复损耗，同时还预期可以减少因恢复电流而产生的噪音，达到降噪。
从以上这些方面就能看出SiC MOSFET相对于Si IGBT和MOSFET的优势所在。
五.碳化硅MOSFET应用领域与案例
OBC和DC/DC中应用
光伏/储能模块电源中的应用
燃料电池系统中应用
白色家电中应用
六.碳化硅MOSFET产品选型
650V产品线：电压650V,电流8A-150A,内阻低至12毫欧
1200V产品线：电压1200V,电流20A-120A,内阻低至16毫欧
1700V产品线：电压1700V,电流1A-100A,内阻低至25毫欧
3300V产品线：电压330V,电流20A-60A,内阻低至58毫欧
特殊需要，可以定制产品参数。
七.碳化硅MOSFET新产品/新技术
销售产品线：碳化硅MOSFET晶圆片–碳化硅MOSFET单管–全碳化硅功率模块
八.SiC MOSFET的驱动设计要求
（1）触发脉冲有比较快的上升速度和下降速
度，脉冲前沿和后沿要陡。
（2）驱动回路的阻抗不能太大，开通时快速对
栅极电容充电，关断时栅极电容能够快速放
电。
（3）驱动电路能够提供足够大的驱动电流。
（4）驱动电路能够提供足够大的驱动电压，减
小SIC MOSFET的导通损耗。
（5）驱动电路采用负压关断，防止误导通，增
强其抗干扰能力。
（6）驱动电路整个驱动回路寄生电感要小，开
通时快速对栅极电容充电，关断时栅极电容能
够快速放电。
（7）驱动电路峰值电流Imax要更大，减小米勒
平台的持续时间，提高开关速度。
总结：
电力电子变换已经逐步进入高压、特高压领域，高压功率器件是制约变换器体积、功耗和效率的决定性因素。特高压交直流输电、新能源并网、电动汽车等领域都对高电压等级功率器件有着更高的要求和需求。目前，硅（Si）材料器件发展成熟、使用广泛、性能可靠，然而其较小的禁带宽度、击穿电场和热导率等特性大大制约了其在高功率、高电压和高频率下的应用。SiC作为宽禁带半导体之一，在人们的探索和研究中逐渐走进了功率器件的舞台，并凭借其比Si材料更高的禁带宽度、击穿场强和热导率等优良特性，打破了Si材料的极限，在高电压等级和大功率电能变换应用中体现出了较低的功率损耗、更高的开关频率等优越性能，具有极大的潜力。
碳化硅器件具有体积小、功率大、频率高、能耗低、损耗小、耐高压等优点。当前主要应用领域：各类电源及服务器，光伏逆变器，风电逆变器，新能源汽车的车载充电机、电机驱动系统、直流充电桩，变频空调，轨道交通，军工等领域。
总之，第三代半导体功率器件以其高能效、高频率、高温度等优异性能，在汽车行业中的应用越来越广泛。从电动汽车驱动系统到智能驾驶系统，从汽车电子系统到新能源汽车充电基础设施，第三代半导体功率器件正助力汽车行业迈向更高的技术水平。
