低導通電阻SiC器件在大電流高功率應用中的優越性

眾所周知，SiC作為一種性能優異的第三代半導體材料，因其高擊穿場強、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開關器件是SiC MOSFET，與傳統Si IGBT相比，SiC材料的優異性能配合MOSFET單極開關的特點可以在大功率應用中實現高頻、高效、高能量密度、低成本的目標，從而推動電力電子系統的發展。

圖1: 碳化硅器件應用范圍示意圖1

圖2: 典型應用場景對應的功率等級2

從技術上講，隨著近些年來電力電子系統功率密度和電力電子系統效率的明顯發展，電力相關設備代替傳統能源設備的趨勢已經日益顯著。隨著SiC MOSFET器件應用的范圍越來越廣泛，市場以及產業對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。為滿足這些需求，一個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思路：

①增加并聯器件的數目 ②降低單個器件電阻。

增加并聯器件數目的做法屬于一種常見的方式，但是同時也存在明顯的短板。例如：由于多顆器件是并聯使用，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。更多的器件并聯也意味著需要更多的引線互聯，這也將引入更多的寄生參數，在越來越高頻的應用中引入的寄生參數將帶來不必要的效率損失。

圖3: 模塊并聯芯片產生不均流現象3

所以低導通電阻器件也成為了應用端開始重點考慮的方案。該方案可以減少并聯器件數目，降低芯片一致性篩選成本，抑制均流、均溫等可靠性問題；同時也優化了打線、布局工藝，降低設計難度。而相比較于多個大電阻器件并聯方案，使用單個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，節約空間實現小型化，降低系統成本。

圖4: 低導通電阻器件優勢

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

表1: N2M120007PP0產品關鍵參數

圖5: N2M120007PP0輸出特性曲線

圖6: N2M120007PP0歸一化導通電阻與溫度的曲線

參考文獻：

1.盛況，中國電機工程學報，2020

2.F. Roccaforte, Microelectronic Engineering, 2017

3.Y. Nakamura, IEEE TPEL, 2023

來源：昕感科技