ZHCY174A February 2018 – February 2019
為何選擇 SiC？
如前所述，為了實現 CO2 減排目標，設計人員亟需實現更高的系統效率、更長的使用壽命和更緊湊的解決方案。遺憾的是，MOSFET 和 IGBT 已接近其理論極限。目前用于高壓 (>650V)/大功率應用的 IGBT 在超過 1kV 的電壓下已達到其絕對極限。
SiC FET 作為一種顛覆性材料問世，它具有比硅出色的材料特性，包括低導通電阻、高熱導率、高擊穿電壓和高飽和速度，如表 1 所示。
表 1 SiC 的固有材料特性。
| 屬性 | 定義 | Si | SiC-4H |
| EG (eV) | 帶隙能量 | 1.12 | 3.26 |
| EBR (MV/cm) | 臨界電場擊穿電壓 | 0.3 | 3.0 |
| vs (x107cm/s) | 飽和速度 | 1.0 | 2.2 |
| μ (cm2/V.s) | 電子遷移率 | 1400 | 900 |
| λ (W/cm.K) | 熱導率 | 1.3 | 3.7 |
SiC 的擊穿電壓比硅高 10 倍，因此其導通電阻比硅
更低，從而可實現高電壓運行和低傳導損耗。SiC 的帶隙能量是硅的三倍，因此系統能夠在更高的結溫下運行。硅基功率器件在 150°C 的結溫 (Tj) 下運行，相比之下，SiC 的 Tj 更高（大于 200°C），因此可在環境溫度達到 175°C 或更高的環境中運行。例如，HEV 引擎蓋下方的功率轉換器就是在這種環境下工作的。
SiC 的高飽和速度和電子遷移率降低了開關損耗，并提高了系統工作頻率。反過來，這些優勢可減少無源元件數量，從而減少系統的尺寸和重量。SiC 的熱導率是硅的三倍，可降低系統的冷卻需求。
所有這些特性都有助于實現高能效、穩健且緊湊的系統。圖 2 所示為 SiC 的材料特性值及其相應的系統優勢。
在汽車應用方面，緊湊的系統能夠更輕松地將電力電子設備集成到牽引電機中，從而減小 HEV/EV 的整體重量和尺寸。加之更高的效率和穩健的特性，這可以顯著
圖 2 SiC 的材料特性及系統優勢。增加行駛里程數，從而幫助消費者節約更多能源。