【技术】第三代半导体宽禁带材料碳化硅功率器件的优点讲解

时间： 2020-07-28 来源：美浦森

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碳化硅（SiC）又叫金刚砂，特点是：化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，硬度大、导热性能优良、高温抗氧化能力强等。目前以碳化硅为代表的第三代半导体材料正在迅速崛起，在国防军工、新能源、电动汽车等领域应用前景巨大。

材料电场强度和导通电阻的大小

下图是同一击穿电压值下SiC 和Si 的单侧突变结中的电场分布：

SiC 的击穿电场强度比硅高出10倍，所以碳化硅功率器件中的电压阻挡层的厚度可以是Si器件中的

十分之一，其掺杂浓度也高出两个数量级，所以在任何给定的电压下，碳化硅代替硅可以将漂移层的电阻

降低两个数量级。这一特点对于高压应用场合来说非常重要，漂移层电阻Rdrift与阻断电压VB成比例，

同时它也是决定总导通电阻Ron的主要因素。对于功率器件的导通损耗，由Ron*J²on 来决定，其中Jon是指导通电流密度。所以碳化硅器件优秀的抗漂移特性有助于降低导通损耗。

最小导通电阻：Rdrift=4VB²/(ηεμEB³)

其中，ε、μ和EB 分别是介电常数、迁移率和击穿场强；η是室温下掺杂剂的电离率

核心器件的要求

半导体开关器件作为功率变换系统的核心器件，目前应用最多的仍旧是MOS 场效应管任何情况下，功率器件都是在"导通ON"和"截止OFF"两个状态之间切换，类似于集成电路中的逻辑器件，通过切换来达到电力转换的需求，开关频率在20kHz~3MkHz的范围内调整。在功率转换系统中，比如说逆变线路，我们都希望器件的导通和截止状态下都是理想的，即导通状态下两端电压为0；在截止状态下，两端电流为0。但这仅仅是理论状态，实际上是绝对不可能的，实际上器件表现出有限的电阻和有限的漏电流，这也是造成导通有损耗和关断有损耗的主要原因。

下面是理论和实际的对比图：

理论和实际状态的差异对于功率器件的主要要求包括：

1、更低的导通电压(低导通电阻)

2、低漏电流

3、能够以最小的电流/电压进行快速开关

而这些与导通损耗、关断损耗和开关损耗有着直接的关系。除此之外，要求较大的安全工作区域和可靠性也是极为重要！在这些方面，碳化硅表现出了巨大的潜力。

反向恢复时间trr短

碳化硅功率器件的另一个重要特点就是快速开关，反向恢复时间短，能够满足更高的开关频率。应用中，常规硅基的器件通过少数载流子的注入，调整电导率能够显著的降低导通电阻。但是器件中也存在少数载流子存储的原因，导致开关速度变慢以及关断操作中的反向恢复时间长等情况。而这些在实际应用中，碳化硅器件由于导通电阻很低并且不存在少数载流子存储，可以成为理想的器件选择。碳化硅材料做成的器件可以提供快速开关切换，因为电压阻挡区的厚度薄了10 倍，与硅基器件相比，该区域中存储的电荷也小了10 倍。这让反向恢复时间Trr 几乎可以忽略不计。

下面是开关瞬间的示波器波形图。

耐压等级高

对于硅基功率器件而言，单极型和双极型的电压分界线在300~600V，而对于碳化硅功率器件中而言，这个边界向后移动了大约10 倍位置，可以达到几千伏。预计碳化硅器件将在300V~6500V 的阻断电压范围内替代硅基的器件，同时碳化硅的双极型器件在一万伏以上的超高压应用中也能实现硅基器件远远达不到状态。下图是硅基和碳化硅基的功率器件的电压等级分布图：

耐高温的特性

由于第三代半导体材料禁带宽和化学的稳定性，使用碳化硅器件的产品可以在高温下运行(＞200℃)，这一点在当下的应用中是非常有作用的，更高的工作温度上限反过来可以缩小散热装置的体积和面积，而碳化硅器件本身可以在200℃或更高的温度下运行。实际上现在反而是封装材料比如塑封料、焊锡限制了碳化硅功率器件的发展，需要进一步解决其他材料的问题，才能进一步扫清碳化硅器件的应用障碍，真正发挥碳化硅器件的耐高温特性。

作为深耕碳化硅领域的公司，美浦森半导体拥有东亚地区唯一的PLANNER 8英寸晶圆生产线，可为客户提供650V-1200V/4~40A的SiC二极管产品和部分SiC MOS管产品，部分产品的正向压降小于1.5V，结温高达175℃，多种封装可选，对碳化硅功率器件感兴趣的读者可以做进一步了解。

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美浦森半导体超结MOSFET/高压MOSFET/VD MOSFET/碳化硅二极管/碳化硅MOSFET选型表

目录- SJ MOSFET HV MOSFET VD MOSFET SIC Diode SIC MOSFET

型号- SLF8N60C,SLF12N70S,SLF16N60S,MSD02120G1,SLFT0R360S3,SLD80N04T,MSH080120M1,MSP540S,SLP300N10T,MSH16120G1,SLB130N10G,SLF8N60S,MSNP06065G1,SLF60R099E7,SLF60R180E7D,SLF80R380SJ,SLH60R070E7,SLD100N03T,SLD70R310S3,SLD5N50S2,SLF10N70S,SLM100N03T,SLF65R380E7,SLD70R600S3,SLS30L03T,SLF10N65C,SLF10N65A,SLD2N65S,SLF80R240SJ,SLD65R280E7,SLF14N60S,SLN30N03T,SLF18N50S,SLF12N65S,SLF3101,MSH060065M1,SLF70R500S3,SLF10N65S,SLN40N04G,SLM65R380E7,SLF18N50A,SLF18N50C,SLF12N65C,SLF12N65A,SLW24N50C,MSNP08065G1,SLW9N90C,SLD20N06T,SLF16N50S,SLF70R360S3,SLD80N06T,MS2H20120G1,MSD05120G1,SLF65R565SS,MSD02065G1,SLF20N60S,SLF5N60S,MS2TH60065G1,SLF16N50C,SLF60R380E7,SLD60N04T,MSP08065G1,SLD20N10T,SLP150N06T,MSH20120G1,SLP80N08T,SLF5N60C,SLF18N60S,MSP02065G1,SLF70R310S3,SLF60R070E7,MSK040120M1,SLFT0R600S3,SLL65R170E7,MS2H32120G1,MSK060065M1,MSM06065G1,SLD80R500SJ,SLD840U,MSP04065G1,MS2H40120G1,MSD10120G1,MSF10120G1,SLP32N20C,SLD50N06T,SLF20N50S,SLF18N65S,SLD65R565SS,MSP20065G1,SLD65R380E7,SLF20N50A,SLD70R500S3,SLF20N50C,SLP150N04T,SLF2N60S,SLW60R099E7,SLF8N65C,SLM80N10G,SLP3103,SLF65R280E7,SLF7N70S,MSD06065G1,SLF8N65S,MS2H40065G1,SLF70R600S3,MSP10120G1,MSP06065G1,SLD840UZ,SLD70R360S3,SLP3205T,SLP3710T,SLF5N65C,SLF10N60C,SLF730S,SLP50N06T,MS2H32065G1,SLF14N65S,SLM90N06G,MSP10065G1,SLM180N04G,MSP16065G1,SLF10N60S,MSK025120M1,SLF12N60C,SLF840C,SLF65R170E7,SLD90N02T,MSNP10065G1,MSK080120M1,SLH65R070E7,SLF16N65S,SLF13N50C,SLD5N50S,SLF20N65S,SLF13N50A,MSD04065G1,SLF60R280E7,SLB120N08G,SLD80N03T,SLP150N03T,SLD80R850SJ,SLF5N65S,SLD80R600SJ,SLF13N50S,SLM20L10T,SLF7N80C,SLD150N03T,SLM60N10G

2021 - 美浦森 - 选型指南 - REV.01 代理服务技术支持批量订货

美浦森(Maplesemi)成立于2008年，2009年在韩国成立FABOWN工厂，致力于POWER MOSFET及碳化硅产品的研发和生产。目前8 英寸月产能12000片，6寸产能10000片，是东亚地区唯一的PLANNER 8英寸晶圆生产线，技术骨干均来自SAMSUNG（三星）和FAIRCHILD（仙童），2009年获得韩国政府IT VENTURE企业认可。

VD-MOSFET 超级JMO MOSFET SiC二极管

代理服务线上商城技术资料

美浦森获评“深圳知名品牌（湾区知名品牌）”称号

2024年3月5日第二十一届“深圳知名品牌”评审名单发布，113个品牌入选新一届深圳知名品牌，腾讯、迈瑞、晨光等241个品牌通过复审，继续享有深圳知名品牌称号。从本届开始，获评“深圳知名品牌”的企业，将同时授予“湾区知名品牌”称号。美浦森半导体成功入选，获得“深圳知名品牌(湾区知名品牌)”称号。

2024-03-14 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货

【选型】美浦森（Maplesemi）高压MOSFET/超结MOSFET/碳化硅二极管/碳化硅MOSFET选型指南

目录- 高压MOSFET(VDMOS) 超结MOSFET(SJMOS) 碳化硅二极管(SiC DIODE)

型号- SLF8N60C,MSP08065V1,SLF11N50S,SLF740UZ,SIF8N60S,MSD02120G1,SLF32N20C,SLF10N70C,S4.F5NCOC,MSH080120M1,MSH180120M1,MSH16120G1,SLF8N60S,SLD80R1K3SJ,SIF12N70C,MS2H32120GI,MSNP06065G1,SIF11N50S,SLF12N70C,SIF8N60C,SLF80R380SJ,SLD5N50S2,SLF10N65C,SLF80R240SJ,SIF13N50C,SLF18N50S,SLF12N65S,SLD2N65UZ,SLF60R100S2,SLF10N65S,SIF13N50U,SLF60RW0S2,SLF730C,SLF60R380S2,SLH60R080SS,MSP10O65O1,SLF18N50C,SLF12N65C,SLD65R700S2,MSP10065V1,SLW24N50C,MSNP08065G1,SLW9N90C,SLH60R042SS,SLF16N50S,SLD2N65U2,MS2H20120G1,MSD05120G1,MSF10065G1,SIF16N50S,SLF5N60S,SLF70R900S2,SIF18N50S,SLF60R160S2,SLF70R420S2,SLF16N50C,SL080R600SJ,MSP08065G1,SL060R1K3SJ,MSH20120G1,SLF5N60C,SIF18N50C,SLF50R240SJ,MSP06065V1,SLFS0R140SJ,SLF60R190S2,SLF740C,MS2H32120G1,SLD80R500SJ,SLF60R280S2,MSP04065G1,MSP16065V1,MS2H40120G1,SLD65R420S2,MSD10120G1,MSP160Q5V1,MSF10120G1,S4.F5N60S,MSNP0606SG1,SIF8N65C,SLF20N50S,STF5N65C,MSP20065G1,SLF65R190S2D,SIF840C,SLD80R380SJ,SLF60R190S2D,SLF60R190SJ,SLF20N50C,SLD80R240SJ,SLF70R&O0S2,SLF8N65C,MSH040120M1,SI.F20N50S,SLF65R950S2,MS010120G1,SIF730C,SLF8N65S,SLF1DN60S,MS2H40065G1,SLF40N26C,MSP10120G1,MSP06065G1,SLF70R600S2,SIF8N65S,SLD840UZ,SLH50R060SJ,SLF7N70C,MSH160120M1,SLF5N65C,SLF10N60C,SLF12N60S,MS2H32065G1,SLF65R300S2,MSP10065G1,SL080R500SJ,MS2H32065O1,STD5N50S,MS0MCMJ5G1,SLH50R100SJ,SIF60R190S20,MSP16065G1,SLF10N60S,MSP04065V1,SLF12N60C,SLF840C,SLF60R650S2,MSNP10065G1,MSNP0606501,MSM20120G1,SLFS0R240SJ,SLF13N50C,SLD5N50S,SLF60R850S2,S10640UZ,SLF13N50A,MSD04065G1,SLF50R140SJ,SLD80R850SJ,SLF5N65S,SLD80R600SJ,SLF13N50U,$LDE5R420$2,SLF7N80C,SLF65R240S2

2020年 - 美浦森 - 选型指南代理服务技术支持批量订货

【经验】SiC MOSFET的驱动特性及优化

SiC MOSFET（碳化硅MOSFET）以低导通电阻、低开关损耗、高开关频率、高工作结温等优势称为工业界的“明日之星“，但是相对于传统硅基器件，碳化硅器件需要优化相应的外部驱动，以发挥其优异的性能。本文中，国产品牌美浦森将具体分析应该如何优化碳化硅MOSFET的驱动电路。

2020-09-13 - 设计经验代理服务技术支持批量订货

美浦森功率器件被真我、绿联、睿量等多家大厂采用，具有高效率、低损耗的特性，有效降低产品散热成本

美浦森半导体是一家专业的功率半导体公司，产品包括中大功率场效应管（低压到高压全系列产品，Trench/MOS/SGT/MOS/Super Junction MOS/Planar MOS），SiC 二极管、SiC MOSFET等系列产品。美浦森MOSFET和碳化硅系列产品在PD电源、工业电源、服务器和PC电源、充电桩、光伏逆变、汽车电子、BMS、电机/电动工具、 UPS等领域得到广泛应用。

2024-01-24 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货

【经验】MOSFET损坏的主要原因和挑选要点讲解

MOSFET主要损耗包括开关损耗（开通过程和关断过程），导通损耗，截止损耗（漏电流引起的，可忽略不计），雪崩能量损耗。本文主要讲述了MOSFET损坏的主要原因，并以美浦森的SiC MOSFET SLF10N65C为例讲解了如何挑选一款合适的MOSFET。

2020-06-25 - 设计经验代理服务技术支持批量订货

【应用】美浦森SiC MOSFET应用于PFC功率因数校正，有效提升系统稳定性

为控制系统供电，容量从几百瓦到几千瓦不等，针对90V到264VAC输入的电源产品，一般需要具有高速开关性能的PFC升压二极管以及耐压500V以上的Diode，D1位置为美浦森SiC MOSFET应用于BOOST的应用原理图。

2021-10-15 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

美浦森半导体完成近亿元A轮融资，将持续进行SiC器件等新品及先进工艺的研发

2022年3月，由深圳创东方领投，上市公司和而泰股份跟投，完成了深圳市美浦森半导体有限公司近亿元A轮融资。本轮资金将用于包含SJ-MOS、SGT-MOS、SiC器件产品线、IGBT等新产品的扩充和先进工艺研发。

2022-03-18 - 原厂动态代理服务技术支持批量订货

【选型】国产SiC二极管MSP10065G1可替换安森美的MUR3060用于大功率PFC电路，性能更优

一款全电压输入，功率800W的电源，早期市面上一般选用onsemi的MUR3060快恢复二极管，由于目前追求高效、高频、高功率、及小体积等，快恢复二极管已经无法满足需求。美浦森的SiC二极管产品MSP10065G1能完美替换安森美的MUR3060用于大功率PFC电路中。

2020-05-14 - 器件选型

看到有美浦森的SIC MOSFET选型，请问SICMOS都量产了吗？ https://www.sekorm.com/doc/previewDoc?docId=2075649

关于Sic MOSFET，目前平台还有Littelfuse，ROHM和UnitedSic等品牌。 ROHM的Sic mosfet：https://www.sekorm.com/doc/1629764.html UnitedSiC 公司及产品介绍：https://www.sekorm.com/doc/1851862.html Littelfuse的SicMOSFET：https://www.sekorm.com/doc/96459.html https://www.sekorm.com/doc/321743.html

2020-04-10 - 技术问答

【应用】美浦森SiC二极管用于太阳能发电领域，已通过车规级认证，650/1200V电压可选

SiC二极管如650V和1200V，32A MS2H32120G1就是个例子，SiC开关时间很快，开关损耗几乎为0，具有电流不受温度影响的开关特性，因此非常适用于先进的太阳能发电应用。美浦森SiC二极管，已通过车规级认证，有650V和1200V两个电压平台可供选择，电流从2A到60A。

2022-03-08 - 应用方案代理服务技术支持批量订货

美浦森（Maplesemi）SiC肖特基二极管/SiC MOSFET产品介绍

描述- 本资料主要介绍了SiC电力电子器件原理以及美浦森（Maplesemi）现有SiC产品（SiC肖特基二极管，SiC MOSFET）产品介绍

型号- MSP10065V1,C3D10060A

美浦森 - 商品及供应商介绍代理服务技术支持批量订货

再添第三代半导体功率器件品牌美浦森(Maplesemi)，曾联合韩国现代共同研制新能源汽车SiC产品线

近日，美浦森半导体有限公司正式签约世强，授权代理其POWER VDMOSFET、SUPER JUNCTION MOSFET、SiC MOSFET、SiC DIODE等系列产品。美浦森主营POWER MOSFET及碳化硅产品的研发和生产，目前8 英寸月产能12000片，6寸产能10000片，是东亚地区唯一的PLANNER 8英寸晶圆生产线。

2020-02-29 - 公司动态代理服务技术支持批量订货