低导通电阻SiC器件在大电流高功率应用中的优越性

众所周知，SiC作为一种性能优异的第三代半导体材料，因其高击穿场强、宽禁带宽度、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特性可以辅助电子器件更好地在高温、高压、高频应用中使用，可有效突破传统Si基半导体材料的物理极限。

目前使用最广泛的SiC开关器件是SiC MOSFET，与传统Si IGBT相比，SiC材料的优异性能配合MOSFET单极开关的特点可以在大功率应用中实现高频、高效、高能量密度、低成本的目标，从而推动电力电子系统的发展。

图1: 碳化硅器件应用范围示意图1

图2: 典型应用场景对应的功率等级2

从技术上讲，随着近些年来电力电子系统功率密度和电力电子系统效率的明显发展，电力相关设备代替传统能源设备的趋势已经日益显著。随着SiC MOSFET器件应用的范围越来越广泛，市场以及产业对SiC器件的需求也逐渐提高，需要SiC器件承载更大的功率，导通更大的电流，提升更高的效率。为满足这些需求，一个有效的手段就是降低SiC器件的总电阻，降低总电阻主要有两个思路：

①增加并联器件的数目 ②降低单个器件电阻。

增加并联器件数目的做法属于一种常见的方式，但是同时也存在明显的短板。例如：由于多颗器件是并联使用，对器件性能的一致性要求更高，若一致性出现偏差将产生导致不均流现象。为提升一致性则需要增加筛选成本。更多的器件并联也意味着需要更多的引线互联，这也将引入更多的寄生参数，在越来越高频的应用中引入的寄生参数将带来不必要的效率损失。

图3: 模块并联芯片产生不均流现象3

所以低导通电阻器件也成为了应用端开始重点考虑的方案。该方案可以减少并联器件数目，降低芯片一致性筛选成本，抑制均流、均温等可靠性问题；同时也优化了打线、布局工艺，降低设计难度。而相比较于多个大电阻器件并联方案，使用单个低导通电阻电阻器件不需要预留芯片间的间距避免串扰问题，提升了器件有源区的占比，可以提升整体电流能力，节约空间实现小型化，降低系统成本。

图4: 低导通电阻器件优势

昕感科技在低导通电阻器件的开发上走在了行业的前列，于2023年推出一款1200V/7mΩ SiC MOSFET产品N2M120007PP0，使用了TO247-4PLUS封装降低器件热阻。该产品工作电流可达300A以上，具有正温度系数，可方便实现大电流并联。同时，昕感新品的漏电流极低，具备优越的高压阻断特性，方便用户使用和节省成本。

表1: N2M120007PP0产品关键参数

图5: N2M120007PP0输出特性曲线

图6: N2M120007PP0归一化导通电阻与温度的曲线

参考文献：

1.盛况，中国电机工程学报，2020

2.F. Roccaforte, Microelectronic Engineering, 2017

3.Y. Nakamura, IEEE TPEL, 2023

来源：昕感科技