低導(dǎo)通電阻SiC器件在大電流高功率應(yīng)用中的優(yōu)越性

眾所周知，SiC作為一種性能優(yōu)異的第三代半導(dǎo)體材料，因其高擊穿場強、寬禁帶寬度、高熱導(dǎo)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(yīng)用中使用，可有效突破傳統(tǒng)Si基半導(dǎo)體材料的物理極限。

目前使用最廣泛的SiC開關(guān)器件是SiC MOSFET，與傳統(tǒng)Si IGBT相比，SiC材料的優(yōu)異性能配合MOSFET單極開關(guān)的特點可以在大功率應(yīng)用中實現(xiàn)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(tǒng)的發(fā)展。

圖1: 碳化硅器件應(yīng)用范圍示意圖1

圖2: 典型應(yīng)用場景對應(yīng)的功率等級2

從技術(shù)上講，隨著近些年來電力電子系統(tǒng)功率密度和電力電子系統(tǒng)效率的明顯發(fā)展，電力相關(guān)設(shè)備代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源設(shè)備的趨勢已經(jīng)日益顯著。隨著SiC MOSFET器件應(yīng)用的范圍越來越廣泛，市場以及產(chǎn)業(yè)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(dǎo)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(lián)器件的數(shù)目 ②降低單個器件電阻。

增加并聯(lián)器件數(shù)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(lián)使用，對器件性能的一致性要求更高，若一致性出現(xiàn)偏差將產(chǎn)生導(dǎo)致不均流現(xiàn)象。為提升一致性則需要增加篩選成本。更多的器件并聯(lián)也意味著需要更多的引線互聯(lián)，這也將引入更多的寄生參數(shù)，在越來越高頻的應(yīng)用中引入的寄生參數(shù)將帶來不必要的效率損失。

圖3: 模塊并聯(lián)芯片產(chǎn)生不均流現(xiàn)象3

所以低導(dǎo)通電阻器件也成為了應(yīng)用端開始重點考慮的方案。該方案可以減少并聯(lián)器件數(shù)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(yōu)化了打線、布局工藝，降低設(shè)計難度。而相比較于多個大電阻器件并聯(lián)方案，使用單個低導(dǎo)通電阻電阻器件不需要預(yù)留芯片間的間距避免串擾問題，提升了器件有源區(qū)的占比，可以提升整體電流能力，節(jié)約空間實現(xiàn)小型化，降低系統(tǒng)成本。

圖4: 低導(dǎo)通電阻器件優(yōu)勢

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

表1: N2M120007PP0產(chǎn)品關(guān)鍵參數(shù)

圖5: N2M120007PP0輸出特性曲線

圖6: N2M120007PP0歸一化導(dǎo)通電阻與溫度的曲線

參考文獻：

1.盛況，中國電機工程學(xué)報，2020

2.F. Roccaforte, Microelectronic Engineering, 2017

3.Y. Nakamura, IEEE TPEL, 2023

來源：昕感科技