碳化硅 （SiC） 器件與高功率應(yīng)用中常用的硅器件相比具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。SiC 功率器件仍然面臨一些大規(guī)模生產(chǎn)的挑戰(zhàn)，包括縮放的限制因素、與 SiC 器件較小的管芯尺寸相關(guān)的散熱問(wèn)題、管芯上與封裝相關(guān)的應(yīng)變以及襯底可用性。但針對(duì)這些挑戰(zhàn)的解決方案正在評(píng)估并投入生產(chǎn)，通過(guò)正確實(shí)施，可以使用 SiC 滿足客戶需求并滿足現(xiàn)場(chǎng)期望。

作為領(lǐng)先的半導(dǎo)體和功率器件制造商，安森美半導(dǎo)體從 2015 年開始在 SiC 器件中占據(jù)重要地位。從小規(guī)模生產(chǎn)開始，安森美半導(dǎo)體在 2016 年和 2017 年實(shí)現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)，去年，SiC 產(chǎn)量比去年翻了一倍多。由于對(duì) 2019 年和 2020 年的產(chǎn)量增長(zhǎng)預(yù)測(cè)類似，公司正在詢問(wèn) SiC 需求的爆炸性增長(zhǎng)是否會(huì)超過(guò)可用的襯底供應(yīng)。通過(guò)制定適當(dāng)?shù)牟呗詠?lái)確保底物的替代來(lái)源，可以避免這個(gè)潛在的問(wèn)題。

關(guān)于 SEMI 的 SiC 產(chǎn)品組合

ON Semi 今天提供范圍廣泛的基于 SiC 的器件，例如二極管（均作為分立元件和模塊提供），范圍從 4 到 50 A/650 V 到 6 到 50 A/1，200 V。MOSFET 的生產(chǎn)始于2018 年第一季度推出采用 TO-247 封裝的 80mΩ、1，200V 器件。從今年第二季度開始，ON Semi 將發(fā)布多達(dá) 12 款新器件，包括采用 TO-247-3L、D2PAK-7L 和 TO247-4L 封裝的 20-、40- 和 160-mΩ MOSFET。ON Semi 基礎(chǔ)設(shè)施依賴于巨大的晶圓廠產(chǎn)能，每周能夠發(fā)布超過(guò) 10，000 個(gè)晶圓。同時(shí)，在所有時(shí)區(qū)（亞洲、歐洲和美國(guó)）都有一個(gè)開發(fā)團(tuán)隊(duì)，以支持 24 小時(shí)全球開發(fā)。

當(dāng)前的第一代器件產(chǎn)品組合將通過(guò) 900V MOSFET 進(jìn)行擴(kuò)展，該 MOSFET 具有 15V 的柵極至源極電壓 （VGS），旨在滿足汽車牽引力控制應(yīng)用的需求。該器件路線圖還包括一個(gè) 1，700-V 肖特基勢(shì)壘二極管 （SBD），適用于大功率和工業(yè)應(yīng)用，以及一個(gè) 650-V 第二代 SBD，能夠滿足競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)的需求。

盡管如今二極管仍占主導(dǎo)地位，但預(yù)計(jì)未來(lái)一到兩年內(nèi) MOSFET 和模塊應(yīng)用將大幅增長(zhǎng)。因此，ON Semi 專注于實(shí)現(xiàn)更高功率的模塊、不同的占位面積和廣泛的 MOSFET 電壓等級(jí)。

應(yīng)用實(shí)例

SiC MOSFET 的一個(gè)示例應(yīng)用是用于電動(dòng)巴士車隊(duì)的 40 kW 車載快速充電器。每個(gè)系統(tǒng)包括 36 個(gè) SiC MOSFET，可實(shí)現(xiàn)出色的電流共享、出色的 dV/dt 控制（高于 25 V/納秒）、有源整流和零場(chǎng)故障。電動(dòng)方程式市場(chǎng)代表了另一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。E 級(jí)方程式賽車需要高系統(tǒng)性能，從而推動(dòng)了設(shè)備規(guī)格的極限。ON Semi 提供 50-A 二極管和 1，200-V、160-A MOSFET（16 個(gè)并聯(lián)器件）以實(shí)現(xiàn)高性能牽引系統(tǒng)。

圖 1：SiC 二極管和 IGBT 性能比較

電動(dòng)方程式賽車牽引力控制是一種極端應(yīng)用，其中 SiC 設(shè)備通常會(huì)在超速檔增壓區(qū)工作，以在汽車在惡劣條件下運(yùn)行時(shí)提供有關(guān)預(yù)期壽命和最大功率的寶貴信息。SiC MOSFET 正在取代目前在牽引系統(tǒng)中使用的絕緣柵雙極晶體管 （IGBT），從而使解決方案的芯片尺寸大幅減小（從 50 mm 2到大約 10 mm 2）。