碳化硅很好，但为什么碳化硅IGBT很少见？

时间： 2024-06-07 来源：SMC （桑德斯微电子公众号）

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IGBT芯片,IGBT器件,Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管

碳化硅IGBT面世已久

只在高耐压场景下小范围使用

什么是IGBT

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 的中文名称是绝缘栅双极型晶体管，是由晶体三极管和MOS管组成的复合型半导体器件。

IGBT芯片是IGBT器件的主要部分，由四个区域组成：N+型集电极、P型漏极、N型沟道和P+型栅极。IGBT芯片中使用的重要技术是沟道控制、载流子注入和处理高电压的结构设计。

为什么不用SiC

为什么市场上少有碳化硅IGBT？这和碳化硅的材料特性息息相关。与标准硅材料相比，碳化硅最大的优势是耐高温、耐高压、损耗低，这也使其成为目前高压大功率应用中的半导体材料首选。

碳化硅IGBT由于电导调制效应，导通电阻显著减小，与碳化硅MOSFET器件相比具有明显优势。以15kV IGBT器件为例，导通电阻降低约88%。但与此同时，碳化硅IGBT与碳化硅MOSFET结构上最大的区别为背面多了PN结，结电压为2.6V。这一特性限制了其在10kV以下领域的应用。

▲SiC IGBT/MOSFET比导通电阻与击穿电压关系 | 图源: 功率半导体之家

碳化硅作为一种宽禁带材料，可以在高耐压下保持更轻薄的芯片体积。而目前的碳化硅MOSFET已经可以覆盖IGBT的耐压水平、达到6500V耐压值，且MOSFET的芯片结构比IGBT更简单。

因此，在6500V及以下，SiC MOSFET更具优势，其导通电阻小于SiC IGBT。而在6500V或是更高的电压以上，SiC IGBT具有优势，其导通电阻小于SiC MOSFET。

▲IGBT与MOSFET | 图源网络

成本仍是最大阻碍

总结来说，因制备成本太高，且性能过剩，因此碳化硅IGBT在大多数应用场合都“毫无竞争力”。

但事实上，在一些10kV-25kV的高压场景，如PET电力电子变压器 (Power Electronic Transformer)，碳化硅IGBT则以优越的通态特性和开关速度难逢敌手。但在这些领域，碳化硅IGBT目前的最大劣势仍然是成本较高、以及应用范围十分有限。

目前，碳化硅IGBT的研发机构有CREE、日本产业技术综合研究所、中国电科第五十五研究所、中科院半导体所等。

SMC桑德斯微电子根据客户的需求设计和生产半导体及相关产品。

2015年，SMC布局碳化硅产品的设计、研发与制造，并推出了一系列节能可靠、高性价比的大功率碳化硅产品器件，可广泛运用于包括新能源汽车、光伏、储能、电源等各个领域。

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【方案】100KW双向储能优选器件方案

描述- 对业内100KW双向储能产品而言，主功率电路多采用了六管IGBT搭建的三相应用拓扑架构。因100KW双向储能选择主功率架构器件时，规格需求通常是1200V/600A（包含裕量），驱动开关频率一般在20kHz以内，考虑到体内二极管散热等因数，功率模块一般会选用三个半桥模块来搭建六管架构。

型号- SMCJ36CA,TOP267VG,SMBJ,SMAJ6.0CA,92MLSC A 24X18 H1/059AL2 0030+-0007/DI,SMBJ8.5CA,5KP200A,SMBJ51A,SMBJ75A,SMBJ70CA,TOP270EG,0324030.,5KP40A,5KP64A,SMAJ,SMBJ17CA,SMBJ40A,SMBJ64A,0324.375,5KP18CA,5KP51A,SMCJ14CA,5KP75A,SMBJ160CA,TOP269KG-TL,0314.375MXP,5KP8.5CA,SMDJ,SMBJ85A,SMBJ28CA,5KP160CA,5KP78A,SMAJ8.0A,TOP271EG,5KP,5KP28CA,SMBJ300A,0324040.,5KP30A,TOP268VG,5KP54A,SMBJ150CA,92ML 104/83 24X18,92MLSC A 24X18 H2/059AL2 0030+-0007/DI,SMCJ,SMDJ33CA,SMF12A,SMF5.0A,SMF36A,SMBJ16CA,0324030.MXP,5KP70CA,5KP17CA,SMCJ30A,TOP265VG,SMDJ20A,SMF11A,5KP180CA,SMCJ400A,MLX91208LDC-CAH-000-RE,5KP60A,SMBJ170CA,TOP271KG,0324010.,SMBJ400A,SMF10A,SMCJ8.0CA,SMBJ60A,92ML 1080/85 24X18,SMBJ15CA,SMCJ40A,TOP265KG-TL,5KP16CA,SMCJ16CA,SMCJ64A,TOP266VG,92ML 104/88 12X18,MLX91208LDC-CAH-000-SP,SMBJ26CA,SMBJ400CA,MLX91208,5KP26CA,SMBJ90CA,0324020.,92ML A 24X18 HL/HL 0400+-004/DI,SMBJ14CA,SMBJ70A,MLX91208LDC-CAH-000-TU,5KP170CA,SID1182K,5KP15CA,92G0040CVVAKP42,5KP85A,SMDJ7.0A,0324015.,92ML0488-50K042,SMBJ48CA,5KP12A,5KP36A,5KP24A,SMDJ36CA,5KP48A,5KP48CA,5KP200CA,SMBJ130CA,SMAJ18CA,5KP6.5CA,SMCJ28CA,5KP90CA,SMBJ13CA,SMF54A,SMF,5KP190CA,SMDJ51A,SMBJ36CA,5KP11A,SMAJ250CA,0314012.MXP,5KP14CA,MLX91208LDC-CAL-RE,SMBJ24CA,SMCJ200A,5KP14A,5KP26A,5KP24CA,92ML PREPREG 104/88 12.00X18.00,TOP270KG,TOPSWITCH-JX,0314040.MXP,SMBJ90A,0314015.MXP,SMBJ12CA,0314.375,SMBJ58CA,5KP13A,SMF3.3,SMBJ188CA,0324001.,SMBJ350CA,0324025.,SMCJ70A,5KP13CA,5KP36CA,5KP8.0CA,TOP264-271,SMBJ5.0A,SID11X2,SMCJ250CA,TOP269EG,SMBJ180A,SMCJ440A,SMAJ5.0CA,TOP267KG-TL,314,5KP20A,TOP270KG-TL,0324040.MXP,SMDJ11CA,5KP100CA,SMBJ11CA,SMDJ180A,5KP7.5CA,324,92G0600CWWAKP42,5KP190A,MLX91208LDC-CAL-TU,5KP210CA,92ML0488-50K098,SMDJ5.0A,5KP12CA,5KP58CA,5KP43A,SID1182,SMCJ5.0CA,SMBJ22CA,SMBJ45CA,0314040.,92ML A 24X18 H2/H2 0600+-005/DI,5KP22A,5KP58A,SMBJ170A,SMCJ220A,SMBJ10CA,5KP22CA,5KP45CA,5KP10A,5KP5.0A,0324015.HXP,SMBJ6.0A,92G0080CWAKP42,SMBJ33CA,SMBJ250CA,5KP45A,5KP33A,5KP9.0CA,5KP180A,92MLSC B 24X18 H4/059AL2 0060+-001/DI,5KP11CA,SMBJ5.0CA,5KP6.0A,SMBJ220CA,5KP110CA,92G0400CWWAKP42,TOP267EG,SMBJ160A,SMAJ16A,5KP6.0CA,92G0600CWWAWP42,92G0600CTTAKP42,TOP270VG,SMBJ78CA,TOP269KG,SMAJ48CA,5KP10CA,SMBJ43CA,TOP266EG,MLX91208LDC-CAH-TU,5KP170A,SMBJ20CA,5KP33CA,SMCJ7.5A,SMBJ7.0A,TOP268EG,5KP20CA,5KP43CA,SMBJ54CA,SMBJ18A,SI86XXISO-KIT,5KP220CA,SMAJ26A,SMBJ150A,92ML,TOP271VG,0314015.,A0-VP122PA600M7-L759F70,SMBJ6.0CA,SI86XX,5KP160A,SMCJ350A,SMBJ100CA,SMAJ15A,5KP78CA,MLX91208LDC-CAV-000-RE,SMBJ6.5A,5KP7.0CA,5KP16A,SMBJ16A,SMCJ250A,SMAJ180CA,SMBJ30CA,SMDJ15CA,5KP28A,SMBJ28A,5KP6.5A,SMBJ188A,SMCJ64CA,5KP7.0A,SMBJ8.0A,92MLHF 0104 RC:88% 24.00X18.00,5KP150A,MLX91208LDC-CAV-000-SP,SMBJ440CA,0324030.HXP,TOP264EG,5KP54CA,SMBJ64CA,0324020.MXP,5KP15A,TOP267KG,SMBJ17A,SMAJ5.0A,SMBJ120CA,SMBJ250A,SI86XXIS0-KIT,0314012.,5KP8.0A,TOP266,5KP250A,TOP268,TOP267,TOP264,5KP64CA,SMBJ14A,SMBJ75CA,92G0080CWWAKP42,SMBJ26A,5KP18A,SMBJ110CA,SMBJ7.0CA,SMBJ130A,0324010.MXP,TOP271,TOP270,SMCJ6.5A,SMBJ7.5A,5KP120CA,TOP264KG-TL,SMBJ40CA,5KP30CA,TOP265EG,SMBJ15A,TOP269,5KP17A,TOP268KG,0324025.MXP,A0-VP122PA600M7-L759F70T,92G0400CTTAKP42,SMCJ30CA,SMBJ9.0A,SMCJ16A,SMBJ12A,SMBJ51CA,5KP40CA,SMBJ36A,SMBJ24A,SMAJ6.0A,SMBJ48A,SMAJ10CA,SMBJ350A,SMBJ120A,SMAJ20A,SMBJ6.5CA,5KP130A,SMDJ51CA,5KP75CA,SMBJ13A,SMBJ85CA,TOP265KG,5KP7.5A,SMAJ33A,5KP250CA,SMBJ8.0CA,SMCJ6.0A,MLX91208LDC-CAV-000-TU,SMBJ8.5A,5KP130CA,SMBJ22A,5KP85CA,SMBJ58A,5KP70A,SMBJ110A,5KP8.5A,SMBJ300CA,VINCODUAL E3,5KP9.0A,5KP120A,SMAJ170A,SMBJ10A,5KP51CA,SMBJ11A,TOP266KG,SMBJ220A,SMCJ6.5CA,SMBJ180CA,SMCJ48A,SMCJ36A,SMCJ180A,TOP266KG-TL,SMBJ43A,5KP220A,MLX91208LDC-CAL-000-RE,92ML SC B 24X18 H3/059AL2 0.006+-0. 001,SMBJ7.5CA,SMBJ100A,TOP269VG,92ML A 24X18 H2/H2 0200+-0025/DI,SMAJ40A,92G0080CTTAKP42,SMAJ30CA,5KP5.0CA,5KP110A,SMBJ20A,5KP150CA,SMBJ45A,SMBJ33A,SMBJ9.0CA,SMDJ16A,SMBJ60CA,TOP268KG-TL,SMBJ440A,SMCJ12CA,SMCJ33CA,SMCJ58CA,5KP90A,SMBJ200CA,5KP210A,MLX91208LDC-CAL-000-SP,SMBJ78A,5KP60CA,0324001.MXP,TOP271KG-TL,0324010.HXP,SMCJ33A,MLX91208LDC-CAL-000-TU,TPCM780,SMCJ5.0A,SMBJ18CA,SMBJ30A,5KP100A,SMAJ150A,SMBJ54A,92ML PREPREG 104/88 24. 00X18. 00,MLX91208LDC-CAH-RE,SMBJ200A,0324.375HXP,TOP264KG,SMCJ22A

VINCOTECH,LITTELFUSE,PI,LAIRD,ROGERS,SILICON LABS,MELEXIS - 优选器件方案

中国新能源汽车几何式发展，瑞之辰布局SiC市场

近年来，中国新能源汽车市场发展迅猛。根据中汽协数据显示，2023年，中国新能源汽车销量达到了949.5万辆，同比增长37.9%。预计2024年，中国新能源汽车销量可能将达到1200-1300万辆，并占据全球新能源汽车总销量的约60%。新能源汽车的迅猛发展，倒推车规级碳化硅SiC功率器件的需求也呈井喷式增长。深圳瑞之辰率先察觉这一趋势，早已布局SiC（碳化硅）领域，正发力推动行业高质量发展。