高壓SiC MOSFET研究現(xiàn)狀與展望

孫培元，孫立杰，薛哲，佘曉亮，韓若麟，吳宇薇，王來利，張峰

（1.西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，西安 710049；2.廈門大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，福建 廈門 361005)

1 引言

電力電子變換已經(jīng)逐步進(jìn)入高壓、特高壓領(lǐng)域，高壓功率器件是制約變換器體積、功耗和效率的決定性因素。特高壓交直流輸電、新能源并網(wǎng)、電動汽車等領(lǐng)域都對高電壓等級功率器件有著更高的要求和需求。目前，硅（Si）材料器件發(fā)展成熟、使用廣泛、性能可靠，然而其較小的禁帶寬度、擊穿電場和熱導(dǎo)率等特性大大制約了其在高功率、高電壓和高頻率下的應(yīng)用。SiC作為寬禁帶半導(dǎo)體之一，在人們的探索和研究中逐漸走進(jìn)了功率器件的舞臺，并憑借其比Si材料更高的禁帶寬度、擊穿場強(qiáng)和熱導(dǎo)率等優(yōu)良特性，打破了Si材料的極限，在高電壓等級和大功率電能變換應(yīng)用中體現(xiàn)出了較低的功率損耗、更高的開關(guān)頻率等優(yōu)越性能，具有極大的潛力。

在諸多開關(guān)器件中，高壓SiC MOSFET器件是一種具有輸入阻抗高、工作頻率高、無拖尾電流等特點(diǎn)的單極型功率器件，相較于其他單/雙極型開關(guān)器件具有以下優(yōu)越性：其開關(guān)損耗低，易于提高功率模塊整體效率；開關(guān)頻率高，降低了電容電感體積，利于電力電子變換器的整體小型化；工作環(huán)境溫度理論上可達(dá)600℃，遠(yuǎn)超Si基器件，利于在高溫環(huán)境下的應(yīng)用。隨著SiC晶圓制造技術(shù)和柵氧工藝的日益成熟，已有不少國內(nèi)外廠家正在或已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1.2 kV等級器件的商品化。目前，高壓SiC MOSFET的單管擊穿電壓已經(jīng)達(dá)到15 kV。……