世平安森美碳化矽(SiC) MOSFET 產品的特性與應用

一、第三代半導體介紹:

首先簡單介紹一下第一、二代半導體。在半導體材料領域中，第一代半導體是「矽」（Si），第二代半導體是「砷化鎵」（GaAs），第三代半導體（又稱「寬能隙半導體」，WBG）則是「碳化矽」（SiC）和「氮化鎵」（GaN）。

寬能隙半導體中的「能隙」（Energy Gap），以白話方式說明，便是代表著(一個單位能量的差距)，意思就是讓一個半導體「從絕緣到能導電所需要的最低能量」。第一和二代半導體的矽與砷化鎵是屬於低能隙材料，
能隙數值分別為 1.12 eV 和 1.43 eV，第三代（寬能隙）半導體的能隙數據，SiC 和 GaN 分別達到 3.2eV、3.4eV，因此當遇到高溫、高壓、高電流時，跟一、二代比起來，第三代半導體不會輕易從絕緣變成導電狀態，特性會更穩定，能源轉換也更好。

隨著 5G、電動車時代來臨，科技產品對於高頻、高速運算、高速充電的需求上升，矽與砷化鎵的溫度、頻率、功率已幾乎達到極限，難以再提升電量和速度；且一旦操作溫度超過 100 度時，前兩代產品更容易發生故障問題，因此無法應用在更嚴苛的環境；
再加上全球開始重視碳排放問題，因此高能效、低能耗的第三代半導體成為時代下的新寵兒。第三代半導體在高頻狀態下仍可以維持優異的效能和穩定度，同時擁有開關速度快、尺寸小、散熱迅速等特性，當晶片面積大幅減少後，也有助於簡化周邊電路設計，
進而減少整體模組或周邊冷卻系統的體積。

二、SiC_MOS特性：

第三代半導體跟一、二代比起來最大差異就在寬能隙的特性，所以商品化的元件特性也都是環繞此特性，接下來說明一下SiC_MOS在應用上需要注意之特性。

SiC_MOS因為寬能隙，所以特別適合高壓產品&高壓應用，商品化元件也多在600V以上之應用。但也因為寬能隙特性,驅動所需要的能量較高,一般常見為Vgs驅動電壓多落在15~20V，比傳統Si MOSFET要高許多。但也因為寬能隙特性，
耐壓能力強,器件可以做得更小、更薄，也不容易崩潰，且在做得更小、更薄之下,理論SiC MOSFET的相同電壓等級下之導通阻抗，仍會比Si MOSFET低。

另外特別說明SiC_MOS驅動電壓目前業界有不同的標準，最佳驅動電壓大約落在15~20V之間，也有個別廠商或產品需要負電壓來做關斷，且負電壓所需規格也不盡相同，在使用上需特別注意此一特性。

SiC材料因為寬能隙特性，所以單位電壓較高，本體二極體的順向特性Vf比Si MOSFET較大。但是SiC材料電子飄移率高，所以本體二極體的反應速度比較快，Trr特性較傳統Si MOSFET好很多，與Si-MOSFET相比可大幅降低恢復損耗。另外Si MOSFET器件的等效電容較大，可能限制其開關頻率在100kHz左右；而SiC MOSFET的工作頻率可以提升到200kHz以上，甚至達到數MHz。

三、安森美SiC_MOS系列產品:

安森美半導體，陸續推出一系列新的碳化矽SiC MOSFET裝置，適用於對於功率密度、能效和可靠性要求極高的相關應用。設計人員可以用新的SiC裝置取代現有的矽開關技術，將在電動汽車（EV）車載充電器（OBC）、太陽能逆變器、伺服器電源（PSU）、電信和不斷電供應系統（UPS）等不同應用中實現顯著的更佳性能。以下列出安森美半導體SiC MOS相關產品，陸續有新產品推出，最新資訊可以隨時注意官網資訊:

https://www.onsemi.com/products/discrete-power-modules/silicon-carbide-sic