一文读懂SiC和Si材料功率元器件差异

电动汽车主要包括大三电“动力电池、电机控制器和电机”以及小三电“车载充电机OBC、DC/DC变换器和高压配电盒PDU”。

其中，车载充电机（On-board charger；OBC）可以实现电动汽车慢充功能，其固定安装在电动汽车内部，在充电时连接交流充电桩，起到将交流电转换为直流电，为动力电池慢速充电的作用。

在目前电动汽车400V、600V电压平台的架构下，车载充电机的输出功率多为3.3kW和6.6kW，而为了满足800V架构下的充电需求，11kW、22kW的车载充电机已被研发生产并将在未来成为主流功率。本文将通过拆解OBC样机，从实物中了解宽禁带功率器件技术及其设计结构。

宽禁带功率器件技术分析

1.1 SiC MOSFET研究进展

固体的能带理论

u 禁带宽带（Eg）：半导体的禁带宽度与晶格原子之间的化学键相关，更强的化学键意味着电子很难从一个位置跳跃到下一个位置，因此，较大的禁带宽度的半导体材料具有较低的本征泄漏电流和较高的工作温度。

u 临界击穿电场（Ecrit)：强的化学键会造成更大的禁宽带度，也会引起雪崩击穿时更高的临界击穿电场，器件击穿电压可以近似：VBR=1/2*Wdrift*Ecirt，因此器件的击穿电压与漂移区宽度成正比。

1.2 碳化硅 (SiC)器件特性分类及SiC MOSFET结构

1.2.1 SiC对比Si材料优势

1.2.2 节能及系统集成度推动电力电子应用的发展

1.2.3 SiC二极管种类

SiC功率二极管有4种类型：PiN 二极管、肖特基二极管(Schottky Barrier  Diode，SBD)，结势垒肖特基二极管(Junction Barrier Schottky Diode，JBS)和混合式PIN-肖特基二极管。

1.2.4 SiC二极管开关动态过程

1.2.5 平面SiC MOSFET的挑战

1.2.6 英飞凌的现代沟槽CoolSiC™技术

1.2.7 一种典型分离栅的双槽 SiC MOSFET

1.2.8 典型的沟槽结构SiC MOSFET类型

这些结构核心就是在栅极沟槽底部或栅极沟槽底部附近区域，增加P型结构，形成耗尽层（空间电荷区），从而，把栅极沟槽底部氧化层电场，部分转移到耗尽层中，减小栅极沟槽底部的电场。