功率器件的興起帶動了電力電子產業的全面革命，功率半導體器件作為電力電子設備的關鍵組成部分，直接影響著這些電力電子設備的成本和效率。電力電子未來發展的趨勢之一是使用更高的開關頻率以獲得更緊密的系統設計，在高開關頻率高功率的應用中SiC器件優勢明顯，這就使得SiC MOSFET在5G****、工業電源、光伏、充電樁、不間斷電源系統以及能源儲存等場景中的需求量不斷提升。

SiC MOSFET的特性

基于SiC材料的器件擁有比傳統Si材料制品更好的耐高溫耐高壓特性,從而能獲得更高的功率密度和能源效率。由于碳化硅（SiC）的介電擊穿強度大約是硅（Si）的10倍，允許使用更薄的漂移區來維持更高的阻斷電壓，這使得SiC功率器件可以提供高耐壓和低壓降。更薄以及更高注入的漂移區可以帶來更低的正向壓降以及導通損耗，與相同耐壓條件下的Si相比，SiC器件中的單位面積導通電阻更低。

另一方面，由于SiC MOSFET是單極器件，即便在高壓產品中，也只能通過電子工作，因此不會產生拖尾電流；同時，與Si IGBT相比，其關斷損耗也較低。因此，SiC MOSFET能夠在高頻范圍內運行，這對于Si IGBT來講，是很難實現的。此外，無源元件也有助于設計小型化。

SiC材料擁有3.7W/cm/K的熱導率，而硅材料的熱導率僅有1.5W/cm/K，更高的熱導率可以帶來功率密度的顯著提升。可以說SiC材料的出現使得MOSFET及肖特基二極管的應用范圍可以推廣到高壓領域。

圖1 柵極輸入電荷和導通電阻

與傳統的硅Si IGBT（低柵極輸入電荷等）相比，東芝的TW070J120B 1200V SiC MOSFET可提供更高的開關速度、低導通電阻和高柵極電壓閥值（Vth），可預防故障；較寬的柵極-源極電壓（VGSS），支持更簡單的柵極驅動設計。

TW070J120B的V_GSS，V_th與其他公司產品的比較

使用SiC MOSFET的好處是什么？

我們以使用SiC MOSFET的2kVA輸出單相逆變器為例，分析使用SiC MOSFET的好處是什么。

將現有產品電路中的IGBT被替換為TW070J120B。相電流為10A時的開關損耗將導致2.5W的開通損耗和1.5W的關斷損耗。開關損耗的顯著降低在很大程度上歸功于SiC MOSFET增強的開關特性。

通過用TW070J120B替換IGBT，導通和關斷損耗顯著降低，總損耗降低了5.9W（從14.4W降低到8.5W）。SiC MOSFET由于碳化硅（SiC）特有特性（及其寬帶隙特性），實現了高耐壓、低導通電阻和高速開關特性。與IGBT不同，新器件結構不會產生拖尾電流，這意味著可將開關損耗保持在較低水平。通過更改此處提及的現有2kVA單相逆變器產品的開關元件（將IGBT替換為SiC MOSFET），額定運行期間每個器件的損耗將從14.4W降至僅8.5W，這相當于損耗降低了約41%。這主要歸功于SiC MOSFET卓越的開關能力。

除了降低損耗外，SiC MOSFET在高溫環境下具有優異的工作特性，可簡化現有散熱措施。此外，由于開關損耗非常低，系統可在比IGBT開關可支持頻率更高的頻率下運行。如能提高開關頻率，就可以降低外圍器件（線圈和電容器）的使用，從而節省空間和成本，并使產品具有更大的競爭優勢。

在升級為SiC MOSFET過程中，東芝除了成功解決了功率損耗問題，東芝還提供了大量的額外技術支持。東芝正持續地開發新創新技術，以持續提高SiC MOSFET性能，并擴大基于碳化硅（SiC）的功率器件產品線，為碳中和的目標而努力。