作者 Marc Buschkühle 英飞凌科技股份公司
摘要：SiC在电源转换器的尺度、分量和/或能效等方面具有优势。当然，要进行大批量出产，逆变器除了静态和动态功能之外，还有必要具有恰当的可靠性，以及满意的阈值电压和以使用为导向的短路耐受才能等。可与IGBT兼容的VGS=15V导通驱动电压，以便从IGBT轻松改用SiC MOSFET解决方案。英飞凌的1200V CoolSiCTM MOSFET可满意这些要求。
导言
研制以T- MOSFET规划为辅的CoolSiC™，是为了抑制导通及关断状况下栅极氧化层内的电场。在1200V电压等级的导通电阻颇具吸引力，哪怕以安稳的可仿制的办法进行大批量出产，也能够完成这样的导通电阻。已在VGS=15V驱动电压等级下完成的低导通电阻和超越4V的栅极-源极阈值电压，在SiC晶体管范畴树立了标杆。有必要满意这些约束条件，才或许将硅功率半导体范畴老练的质量保证办法转而用于SiC器材，以保证完成工业甚至轿车使用范畴所要求的毛病率(FIT)。
关于快速开关IGBT和SiC晶体管，封装规划相同重要。
当时市场上的功率模块渠道中，有些封装十分有利于完成快速开关SiC器材。杂散电感有必要尽或许低，此外还需要高度对称的规划。
举例来讲，Easy-Module渠道注定将用于SiC器材。与众所周知的依据衬底的规范封装不同，Easy-Module渠道能够完成高度对称的低电感规划。为此，使用通用灵敏的Easy1B功率模块， 完成了第一批针对光伏体系、非车载充电器和不间断电源等使用而优化的SiC半桥和升压器解决方案。
Easy模块的灵敏针栅可简化电路板布局，完成低于10 nH的杂散电感。这是一个巨大的前进，较之比如EconoDUAL™等现有解决方案或规范SIXPACK规划，下降70%~80%。它代表着功率模块规划范畴的严重立异。
图1所示为第一批产品概览。所列产品仅仅大批量优化型CoolSiC™ MOSFET系列的第一批产品，还有更多器材现在正在开发之中。
器材规划理念
SiC MOSFET的开关损耗一般很低，而且简直不受温度影响。高档规划工作者将单位面积导通电阻作为特定技能的首要基准参数。关于依据4H-SiC的平面MOSFET，有必要战胜导带邻近的超高界面圈套密度。这会导致很低通道迁移率，从而使通道电阻占总导通电阻的很大比重。五花八门的依据SiC MOSFET的器材，都存在很高缺点密度。经历标明，战胜这一窘境的办法是进步导通状况下施加在氧化层上的电场强度，到达高于硅基MOSFET器材的典型值。导通状况下，氧化层内的高电场有或许加重老化。这或许危及长时间可靠性，特别是就SiC衬底的高缺点密度而言。
依据这些考量，明显就氧化层电场应力而言，选用SiC技能的平面MOSFET器材现实上有两个敏感区域，如图2左边所示。
首要，一般评论的是，漂移区与栅极氧化层间界面邻近的最高电场区域内的反向形式下的应力，其次是栅极与源极之间的堆叠区域内的导通状况下的应力。
导通状况下的高电场更为风险，由于器材规划未采纳任何办法来下降导通状况下的电场应力。因而，总体目标是器材既要使用SiC技能完成很低的RDSon，又要选用仍能完成经深入研讨的安全的氧化层场强状况的运转形式。在导通状况下，通过从存在高缺点密度的平面外表，改为其他更有利的外表定向，能够完成这一点。
栅极氧化层可靠性
关于SiC MOS器材的栅极氧化层可靠性，应战是保证在规划使用寿命期限内和特定运转条件下，完成满意低的毛病率，包含非本征缺点。典型职业要求为20年运转期内低于100 ppm。SiC MOS器材栅极氧化层的非本征缺点的本源首要在于衬底资料和外延工艺的缺点，别的，其他工艺进程也有一些影响。对商用MOSFET产品进行的实验显现，关于工业体系的使用，这个问题仍然十分严峻。
因而，选用很多器材进行了长时间实验，以研讨英飞凌CoolSiC™ MOSFET的栅极氧化层非本征毛病率。实验选用两组每组各1000个单管器材进行，在150℃和稳定栅偏应力下进行测验，接连履行三个100天。图3总结了实验成果。每隔100天，栅源电压添加+5 V。
这些统计数据十分契合线性E-Model。确认了与图3内的实线最符合的加快系数。
依据这一成果，对器材以引荐电压等级运转20年进行计算，模型猜测出毛病率为0.2 ppm。因而，这个依据标明，其栅极氧化层的可靠性与IGBT相似，彻底满意典型工业要求。
图3长时间实验：图3中所示为毛病次数随应力天数的改变。实验选用两组每组各1000个单管器材进行，实验条件为150℃和稳定栅极电压VGS，如图3所示。每隔100天，VGS添加5V。每个点表明一次毛病。实线代表线性E模型的猜测。
动态功能
作为单极器材，SiC MOSFET的动态功能首要取决于其电容。该器材经专门规划，比较于输入电容Ciss，其栅极漏极反向电容Crss很小。这有利于避免MOSFET在半桥形式下运转时，构成寄生导通效应和杂乱的栅极驱动电路。
图4所示为4管脚TO-247封装单元器材发生的典型开关损耗，作为漏极电流的函数。关断能量Eoff简直不受负载电流影响，由于它取决于%&&&&&%，而导通能量Eon则随电流线性添加。
