AMEYA360代理丨ROHM SiC核心器件篇：SiC-MOSFET－体二极管的特性

发布时间：2026-10-16 14:31
作者：AMEAY360
来源：ROHM
阅读量：140

　　上一章介绍了与IGBT的区别。本章将对SiC-MOSFET的体二极管的正向特性与反向恢复特性进行说明。

　　如图所示，MOSFET(不局限于SiC-MOSFET)在漏极-源极间存在体二极管。从MOSFET的结构上讲，体二极管是由源极-漏极间的pn结形成的，也被称为“寄生二极管”或“内部二极管”。对于MOSFET来说，体二极管的性能是重要的参数之一，在应用中使用时，其性能发挥着至关重要的作用。

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　　SiC-MOSFET体二极管的正向特性

　　下图表示SiC-MOSFET的Vds-Id特性。在SiC-MOSFET中，以源极为基准向漏极施加负电压，体二极管为正向偏置状态。该图中Vgs=0V的绿色曲线基本上表示出体二极管的Vf特性，。Vgs为0V即MOSFET在关断状态下，没有通道电流，因此该条件下的Vd-Id特性可以说是体二极管的Vf-If特性。如“ROHM SiC基础篇：为何SiC能成为新能源主力器件?”中“何谓碳化硅”中提到的，SiC的带隙更宽，Vf比Si-MOSFET大得多。

　　而在给栅极-源极间施加18V电压、SiC-MOSFET导通的条件下，电阻更小的通道部分(而非体二极管部分)流过的电流占支配低位。为方便从结构角度理解各种状态，下面还给出了MOSFET的截面图。

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　　SiC-MOSFET体二极管的反向恢复特性

　　MOSFET体二极管的另一个重要特性是反向恢复时间(trr)。trr是二极管开关特性相关的重要参数这一点在SiC肖特基势垒二极管一文中也已说明过。不言而喻，MOSFET的体二极管是具有pn结的二极管，因而存在反向恢复现象，其特性表现为反向恢复时间(trr)。下面是1000V耐压的Si-MOSFET和SiC-MOSFET SCT2080KE的trr特性比较。

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　　如图所示，示例的Si-MOSFET的trr较慢，流过较大的Irr。而SiC-MOSFET SCT2080KE的体二极管速度则非常快。trr、Irr均为几乎可忽略的水平，恢复损耗Err已经大幅降低。

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　　1200V, 18mΩ, 4引脚THD, 沟槽结构, SiC MOSFET

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　　上一章针对与Si-MOSFET的区别，介绍了关于SiC-MOSFET驱动方法的两个关键要点。本章将针对与IGBT的区别进行介绍。AMEYA360 作为 ROHM 官方授权代理商，可为工程师提供 SiC 器件选型、驱动调试等配套技术支持。　　与IGBT的区别：Vd-Id特性　　Vd‑Id 特性是晶体管的基础特性，下文对比了 25℃与 150℃条件下的 Vd‑Id 特性表现。　　观察 25℃下的特性曲线可以发现，SiC‑MOSFET 与 Si‑MOSFET 的漏极电流 Id 会随漏源电压 Vds 呈线性上升;而 IGBT 存在导通阈值压降，因此在小电流区间内，MOSFET 器件的 Vds 更低(对应 IGBT 为集电极电流、集电极‑发射极电压)。Vd‑Id 特性本质上也反映器件的导通电阻特性。依据欧姆定律，相同 Id 条件下 Vd 越小，导通电阻就越小;特性曲线斜率越陡峭，导通电阻性能越优异。　　IGBT的低Vd(或低Id)范围(在本例中是Vd到1V左右的范围)，在IGBT中是可忽略不计的范围。这在高电压大电流应用中不会构成问题，但当用电设备的电力需求从低功率到高功率范围较宽时，低功率范围的效率并不高。　　与之相对，SiC‑MOSFET 能够在更宽的工作区间维持较低的导通电阻。　　另一方面，温度升至 150℃时，Si‑MOSFET、SiC‑MOSFET 的特性曲线斜率均会变小，导通电阻随之上升。不过 SiC‑MOSFET 受温度影响幅度更小：25℃时导通性能接近的器件，高温环境下二者差距会进一步拉开，SiC‑MOSFET 导通电阻的温度漂移显著更低。　　与IGBT的区别：关断损耗特性　　前文多次提及，SiC 功率器件具备出色的开关性能，可实现大功率工况下的高速开关。下面具体对比其与 IGBT 的开关损耗差异。　　IGBT 器件关断时，受自身器件结构影响会产生拖尾电流，造成关断损耗增大，这是 IGBT 固有的特性。　　对比关断波形能够看出，SiC‑MOSFET 从原理上不存在拖尾电流，因此关断损耗可以做到很低。本次测试中，SiC‑MOSFET 搭配 SBD 肖特基势垒二极管方案，相较于 IGBT 搭配 FRD 快速恢复二极管方案，关断损耗 Eoff 降低 88%。　　还有一点需要注意：IGBT 的拖尾电流会随着工作温度升高而增大。另外，想要实现 SiC‑MOSFET 高速开关，需要合理配置外部栅极电阻 Rg，这一点在前面对比 Si‑MOSFET 的章节中已经做过说明。针对栅极电阻调试、驱动电路设计等实操问题，AMEYA360 可提供技术协助。　　与IGBT的区别：导通损耗特性　　接下来看开关导通时的损耗。　　IGBT 开通瞬间会出现图中蓝色 Ic 波形红色虚框所示的电流分量，该电流主要来自二极管反向恢复电流，是 IGBT 开通损耗的主要来源。值得留意：搭配 SiC‑SBD 使用时，凭借其优异的反向恢复特性，MOSFET 的开通损耗可以得到有效抑制;而配套 FRD 使用时，开通损耗会和 IGBT 拖尾电流一样，随温度升高进一步增大。　　综上，从开关损耗整体表现来看，SiC‑MOSFET 性能明显优于 IGBT。　　注：以上数据均来自 ROHM 内部测试环境。受驱动电路等外部条件影响，实际测试结果会存在一定差异。　　AMEYA36优势料号　　SCT4018KRC15：　　1200V, 18mΩ, 4引脚THD, 沟槽结构, SiC MOSFET　　SCT4026DLLTRDC：　　750V, 61A, 9引脚SMD，沟槽结构，碳化硅(SiC) MOSFET　　SCT4036DLLTRDC：　　750V, 46A, 9引脚SMD, 沟槽结构, SiC(碳化硅)MOSFET　　SCT4045DLLTRDC：　　750V, 37A, 9引脚SMD，沟槽结构，SiC(碳化硅)MOSFET　　SCT4036KRC15：　　1200V, 36mΩ, 4引脚THD, 沟槽结构, SiC MOSFET　　AMEYA360作为ROHM官方授权代理商，可提供上述全系列SiC器件的选型参考、样品申请、现货供应及配套技术支持，助力工程师快速完成SiC方案评估与落地。欢迎联系Ameya获取更多ROHM SiC产品信息与支持。
2026-10-14 10:13 阅读量：212
AMEYA360代理丨ROHM SiC核心器件篇：SiC‑MOSFET 核心特性与驱动设计要点
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　　ROHM(罗姆)成立于1958年，总部位于日本京都，是全球知名半导体制造商，深耕碳化硅(SiC)技术多年，拥有自研SiC工艺与迭代升级的第四代、第五代SiC器件，产品以超低导通电阻、极低开关损耗、高耐温高可靠著称，覆盖SiC-SBD、SiC-MOSFET、全SiC功率模块及混合SiC模块等。Ameya360作为ROHM官方授权代理商，全权承接ROHM全系列高性能SiC器件，可为客户提供原厂正品现货、精准选型、样品申请、技术方案支持、BOM配套及全程售后配套服务。　　继前篇结束的SiC-SBD之后，本篇进入SiC-MOSFET相关的内容介绍。功率转换电路中的晶体管的作用非常重要，为进一步实现低损耗与应用尺寸小型化，一直在进行各种改良。SiC功率元器件半导体的优势前面已经介绍过，如低损耗、高速开关、高温工作等，显而易见这些优势是非常有用的。本章将通过其他功率晶体管的比较，进一步加深对SiC-MOSFET的理解。　　SiC-MOSFET的特征　　SiC-SBD的章节中也使用了类似的图介绍了耐压覆盖范围。本图也同样，通过与Si功率元器件的比较，来表示SiC-MOSFET的耐压范围。　　目前SiC-MOSFET有用的范围是耐压600V以上、特别是1kV以上。关于优势，现将1kV以上的产品与当前主流的Si-IGBT来比较一下看看。相对于IGBT，SiC-MOSFET降低了开关关断时的损耗，实现了高频率工作，有助于应用的小型化。相对于同等耐压的SJ-MOSFET(超级结MOSFET)，导通电阻较小，可减少相同导通电阻的芯片面积，并显著降低恢复损耗。　　下表是600V～2000V耐压的功率元器件的特征汇总。　　雷达图的RonA为单位面积的导通电阻(表示传导时损耗的参数)，BV为元器件耐压，Err为恢复损耗，Eoff为关断开关的损耗。SiC已经很完美，在目前情况的比较中绝非高估。　　继前篇内容，继续进行各功率晶体管的比较。本篇比较结构和特征。　　功率晶体管的结构与特征比较　　下图是各功率晶体管的结构、耐压、导通电阻、开关速度的比较。　　使用的工艺技术不同结构也不同，因而电气特征也不同。补充说明一下，DMOS是平面型的MOSFET，是常见的结构。Si的功率MOSFET，因其高耐压且可降低导通电阻，近年来超级结(Super Junction)结构的MOSFET(以下简称“SJ-MOSFET”)应用越来越广泛。关于SiC-MOSFET，这里给出了DMOS结构，不过目前ROHM已经开始量产特性更优异的沟槽式结构的SiC-MOSFET。具体情况计划后续进行介绍。　　在特征方面，Si-DMOS存在导通电阻方面的课题，如前所述通过采用SJ-MOSFET结构来改善导通电阻。IGBT在导通电阻和耐压方面表现优异，但存在开关速度方面的课题。SiC-DMOS在耐压、导通电阻、开关速度方面表现都很优异，而且在高温条件下的工作也表现良好，可以说是具有极大优势的开关元件。　　这张图是各晶体管标准化的导通电阻和耐压图表。从图中可以看出，理论上SiC-DMOS的耐压能力更高，可制作低导通电阻的晶体管。目前SiC-DMOS的特性现状是用椭圆围起来的范围。通过未来的发展，性能有望进一步提升。　　从本文开始，将逐一进行SiC-MOSFET与其他功率晶体管的比较。　　本文将介绍与Si-MOSFET的区别。尚未使用过SiC-MOSFET的人，与其详细研究每个参数，不如先弄清楚驱动方法等与Si-MOSFET有怎样的区别。在这里介绍SiC-MOSFET的驱动与Si-MOSFET的比较中应该注意的两个关键要点。　　与Si-MOSFET的区别：驱动电压　　SiC-MOSFET与Si-MOSFET相比，由于漂移层电阻低，通道电阻高，因此具有驱动电压即栅极-源极间电压Vgs越高导通电阻越低的特性。下图表示SiC-MOSFET的导通电阻与Vgs的关系。　　导通电阻从Vgs为20V左右开始变化(下降)逐渐减少，接近最小值。一般的IGBT和Si-MOSFET的驱动电压为Vgs=10～15V，而SiC-MOSFET建议在Vgs=18V前后驱动，以充分获得低导通电阻。也就是说，两者的区别之一是驱动电压要比Si-MOSFET高。与Si-MOSFET进行替换时，还需要探讨栅极驱动器电路。　　与Si-MOSFET的区别：内部栅极电阻　　SiC-MOSFET元件本身(芯片)的内部栅极电阻Rg依赖于栅电极材料的薄层电阻和芯片尺寸。如果是相同设计，则与芯片尺寸成反比，芯片越小栅极电阻越高。同等能力下，SiC-MOSFET的芯片尺寸比Si元器件的小，因此栅极电容小，但内部栅极电阻增大。例如，1200V 80mΩ产品(S2301为裸芯片产品)的内部栅极电阻约为6.3Ω。　　这不仅局限于SiC-MOSFET，MOSFET的开关时间依赖于外置栅极电阻和上面介绍的内部栅极电阻合在一起的综合栅极电阻值。SiC-MOSFET的内部栅极电阻比Si-MOSFET大，因此要想实现高速开关，需要使外置栅极电阻尽量小，小到几Ω左右。　　但是，外置栅极电阻还承担着对抗施加于栅极的浪涌的任务，因此必须注意与浪涌保护之间的良好平衡。　　SiC-MOSFET在耐压、导通电阻、开关速度及高温工作方面均表现优异，尤其适用于600V以上、特别是1kV以上的高耐压场景，相比Si-IGBT可降低关断损耗、实现高频工作，相比SJ-MOSFET导通电阻更小、恢复损耗显著降低。与Si-MOSFET替换时，需注意驱动电压建议在Vgs=18V前后，且内部栅极电阻较大，应尽量减小外置栅极电阻，同时兼顾浪涌保护。　　ROHM 罗姆不仅量产平面 DMOS 结构 SiC‑MOSFET，更推出性能更优的沟槽型 SiC‑MOSFET 产品，后续我们将继续拆解沟槽 SiC‑MOSFET 相关技术细节。 AMEYA360 作为 ROHM 官方授权代理商，可提供全系列 SiC 器件样品申请、现货供应、选型参考与技术支持服务。
2026-10-13 16:58 阅读量：241
AMEYA360代理丨ROHM SiC核心器件篇：何谓碳化硅
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AMEYA360代理丨ROHM SiC核心器件篇：何谓碳化硅

　　碳化硅(SiC)是比较新的半导体材料。一开始，我们先来了解一下它的物理特性和特征。　　SiC的物理特性和特征　　SiC是由硅(Si)和碳(C)组成的化合物半导体材料。其结合力非常强，在热、化学、机械方面都非常稳定。SiC存在各种多型体(多晶型体)，它们的物理特性值各有不同。4H-SiC最适用于功率元器件。下表为Si和近几年经常听到的半导体材料的比较。　　表中黄色高亮部分是Si与SiC的比较。蓝色部分是用于功率元器件时的重要参数。如数值所示，SiC的这些参数颇具优势。另外，与其他新材料不同，它的一大特征是元器件制造所需的p型、n型控制范围很广，这点与Si相同。基于这些优势，SiC作为超越Si限制的功率元器件用材料备受期待。　　Si和C是1对1的比例结合的Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体　　以Si和C的原子对为单元层的最密堆积构造　　存在各种多型体，且4H-SiC最适用于功率元器件　　结合力非常强　⇒　热、化学、机械方面稳定　　热稳定性 ：常压状态下无液层，2000℃升华　　机械稳定性：莫氏硬度(9.3)，可以媲美钻石(10)　　化学稳定性 ：对大部分酸和碱具有惰性　　SiC功率元器件的特征　　SiC比Si的绝缘击穿场强高约10倍，可耐600V～数千V的高压。此时，与Si元器件相比,可提高杂质浓度，且可使膜厚的漂移层变薄。高耐压功率元器件的电阻成分大多是漂移层的电阻，阻值与漂移层的厚度成比例增加。因为SiC的漂移层可以变薄，所以可制作单位面积的导通电阻非常低的高耐压元器件。理论上,只要耐压相同，与Si相比,SiC的单位面积漂移层电阻可低至1/300。　　Si 功率元器件为改善高耐压化产生的导通电阻増大问题，主要使用IGBT(绝缘栅极双极晶体管)等少数载流子元器件(双极元器件)。但因为开关损耗大而具有发热问题，实现高频驱动存在界限。由于SiC能使肖特基势垒二极管和MOSFET等高速多数载流子元器件的耐压更高，因此能够同时实现 “高耐压”、“低导通电阻”、“高速”。　　此时，带隙是Si的约3倍，能够在更高温度下工作。现在，受封装耐热性的制约可保证150℃～175℃的工作温度，但随着封装技术的发展将能达到200℃以上。　　Ameya 作为 ROHM 官方授权代理商，全权承接 ROHM 全系列高性能 SiC 器件，可为客户提供原厂正品现货、精准选型、技术方案支持、样品申请及全程售后配套服务。　　ROHM SiC 产品包括：　　ROHM SiC 肖特基势垒二极管(SiC-SBD)　　ROHM SiC MOSFET　　ROHM 全 SiC 功率模块、混合 SiC 模块　　SiC 功率元器件可广泛应用于新能源汽车、光伏逆变、储能、充电桩、工业电源、服务器电源、UPS、电机驱动等领域。具体型号、电压/电流等级、封装与参数，请以 ROHM 最新数据手册为准。　　Ameya 作为 ROHM 代理商，欢迎联系获取 ROHM SiC-SBD 产品选型手册、样品与供应支持。
2026-10-12 14:45 阅读量：275
AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇：SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近，为何SiC能突破200V耐压极限？
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2026-10-09 16:01 阅读量：348
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