满足市场对下一代碳化硅器件的需求
【导读】一些新出现的应用使地球的未来充满了激动人心的可能性，但同时也是人类所面临的最大技术挑战之一。例如，虽然太阳能可以提供无限的能源，但要想成功商业化，设计人员必须提供更高的功率和效率，同时不增加成本或尺寸。
在汽车领域，目前电动汽车 (EV) 已经非常普及，但由于人们担心可用充电基础设施、充电所需时间和续航里程有限等问题，电动汽车的普及仍然受到了限制。在这种情况下，设计人员面临的挑战包括如何提高电气效率、优化动力总成的尺寸和重量，包括主驱逆变器和车载充电器 (OBC) 等元件，并不断降低成本。
碳化硅器件的优势
硅基半导体器件自问世以来一直是功率应用的主流。性能的提高加上电源转换拓扑的创新，确保效率水平持续提升，从而满足大多数应用的要求。
然而，面对不断提升的性能需求，硅基半导体进一步改进的空间有限，促使在新应用中更多采用宽禁带 (WBG) 半导体，如碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN)。
图 1：多种应用可受益于 SiC 器件的特性
SiC 功率半导体本身具有较高的电子迁移率和饱和速度，可在较高频率下以相对较低的损耗运行，从而减小了开关应用中体积庞大的磁性器件的尺寸和成本。
图 2：SiC 为电力系统带来诸多优势
WBG 器件还具有较低的导通损耗，有助于提高效率。这使得充电器能够更快地为电池充电，并降低了散热要求，使得散热器可以更小、更便宜。由于 SiC 能够在高达 175°C 的结温 (Tj) 下工作，因此进一步降低了对散热器的需求。
为了进一步提高效率，应用正在转向更高电压，以减小电流，从而降低损耗。例如，在过去几年中，太阳能应用中的直流母线电压已从 600 V 升至 1500 V。同样，电动汽车中的 400 VDC 总线（基于电池电压）已升至 800 V 甚至 1000 V。
在此之前，750 V 额定值的硅基功率半导体几乎可以满足所有应用的需要。不过，为了确保有足够的耐压能力实现安全可靠的运行，额定电压为 1200 V 或 1700 V 的器件还是有必要的。幸运的是，SiC 的另一个优势是能够在这些高电压下工作。
基于 SiC 技术的最新开关器件
为满足汽车和太阳能等关键应用对更高击穿电压的需求，安森美 (onsemi) 最近推出了 1700V M1 平面 EliteSiC MOSFET 器件，非常适合需要快速开关、高效率运行的应用。
作为首批商用器件之一，NTH4L028N170M1 具有 1700 V 的 VDSS，扩展 VGS 为 -15/+25 V，RDS (ON) 典型值仅为 28 mÙ，因此适用于目前在用的最高电池电压。由于能够在高达 175°C 的结温下连续运行，因此无需使用风扇（可能不够可靠）或散热器等散热措施。在某些应用中，完全不需要额外的散热。
NTH4L028N170M1 的另一个有用特性是 TO-247-4L 封装内的开尔文源连接，可改善功耗并降低栅极引脚上的噪声。
图 3：安森美的新型 1700 V EliteSiC MOSFET
为支持新型 MOSFET，安森美还发布了 D1 系列 1700 V SiC 肖特基二极管，包括 NDSH25170A 和 NDSH10170A。高额定电压可使设计受益于反向重复峰值电压(VRRM)之间的额外电压裕量，从而提高可靠性。此外，D1 肖特基二极管有着较低的最大正向电压 (VFM) 值和出色的反向漏电流，即使在高温条件下也能确保可靠的高压运行。
图 4：安森美的新型 1700 V 肖特基二极管
新型二极管采用 TO-247-2 封装或裸片形式，以适应各种应用的机械限制。
保障 SiC 器件的供应
鉴于 SiC 器件在太阳能和电动汽车等大批量、高增长应用中的性能和受欢迎程度，全球供应链的紧张情况也就不足为奇了。在某些情况下，这限制了太阳能装置或电动汽车的交付数量，因此在进行器件选择过程中，制造商的供应能力至关重要。
安森美最近收购了 GT Advanced Technology (GTAT)，因此，我们成为具有端到端能力的大型 SiC 供应商，包括晶锭批量生长、衬底制备、外延、器件制造、出色的集成模块和分立式封装解决方案。
为满足市场对 SiC 器件的持续需求，安森美的路线图是在 2024 年之前大幅提高衬底、器件和模块的产能，并制定了更加雄心勃勃的中期计划。
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