电力电子器件的发展历史大概能够分作三个大阶段:硅晶闸管(可控硅)、IGBT(绝缘栅双极型晶体管)和刚显露头角的碳化硅(SiC)系列大功率半导体器件。碳化硅是属于第三代半导体材料,和普通的硅材料比起来,碳化硅的优势特别突出,它不但克服了普通硅材料的部分缺点,在功耗上也有特别好的表现,所以变成了电力电子领域目前最具前景的半导体材料。正因为这样,现在已经有愈来愈多的半导体企业开始进入SiC市场。
1. 耐压高:临界击穿电场高达2MV/cm(4H-SiC),所以具备更高的耐压能力(10倍于Si)。
2. 散热容易:因为SiC材料的热导率较高(是Si的三倍),散热更加容易,器件能够工作在更高的环境温度下。理论上,SiC功率器件是能够在175℃结温下工作,所以散热器的体积能够明显减小。
3. 导通损耗和开关损耗低:SiC材料具备两倍于Si的电子饱和速度,这让SiC 器件具备特别低的导通电阻(1/100 于Si),导通损耗低;SiC 材料拥有3倍于Si 的禁带宽度,泄漏电流比Si 器件降低了几个数量级,以此能够减少功率器件的功率损耗;关断过程中不会有电流拖尾现象,开关损耗低,能够在很大程度上提升实际应用的开关频率(10 倍于Si)。
能够减小功率模块的体积:因为器件电流密度高(如Infineon 产品能够达700A/cm²),在一样功率的等级下,全SiC 功率模块(SiC MOSFETsSiC SBD)的封装尺寸很明显小于Si IGBT 功率模块。