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碳化硅(SiC)是一種新興的新型寬禁帶(WBG)材料，特別適用于具有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。然而，大家對它的諸多不了解限制了設(shè)計人員對它的充分利用。 

圖 1：SiC 晶圓圖片

有些人認為，氮化鎵(GaN)是硅MOSFET的首選替代品，而SiC純粹是IGBT的替代品。然而，SiC具有出色的R_DS(ON)*Qg 品質(zhì)因數(shù)(FoM)和低反向恢復(fù)電荷(Qrr)，這使其成為圖騰柱無橋 PFC 或同步升壓等硬開關(guān)應(yīng)用的理想選擇。 

圖 2：安森美 (onsemi) 1200V EliteSiC M3S 快速開關(guān)MOSFET和半橋模塊，具有超低的導(dǎo)通電阻。

與 IGBT 相比，SiC MOSFET的雪崩耐受性更好，如果發(fā)生短路，SiC與適當?shù)臇艠O驅(qū)動器一起使用的話，至少可以與IGBT一樣強固。

由于SiC經(jīng)常用于工作頻率為10-20 kHz的電動汽車(EV)主驅(qū)應(yīng)用中，因此有些人可能會認為，它是一種低頻技術(shù)。但是，芯片面積的減小會使柵極電荷(Qg)降低，這意味著SiC 器件可以成功用于100 kHz的圖騰柱無橋PFC (TPPFC)和200-300 kHz的軟開關(guān)LLC。

顯然，驅(qū)動SiC器件確實需要采用不同于硅器件的方法。負關(guān)斷柵極電壓并不總是必需的；一些具有良好布局的應(yīng)用已經(jīng)證明，可以不需要負關(guān)斷柵極電壓。不過，要想最大限度地消除由于“抖動”引起的意外導(dǎo)通，使用負柵極驅(qū)動通常被認為是很好的設(shè)計方案。

目前市場上有SiC柵極驅(qū)動器可用，而且易于使用。工程師之所以認為SiC很復(fù)雜，可能是因為他們希望使用硅MOSFET或IGBT驅(qū)動器來驅(qū)動SiC器件。專用的SiC驅(qū)動器具有便捷的功能，比如負柵極驅(qū)動、去飽和 (DESAT)、過流保護(OCP)、過熱保護(OTP)和其它保護。如果驅(qū)動器用對了，驅(qū)動SiC就像驅(qū)動硅MOSFET一樣簡單。

SiC往往被認為價格高昂，但只要將硅MOSFET與等效的SiC器件進行非常簡單的比較就可以發(fā)現(xiàn)，SiC器件的溢價很小。而且，SiC器件性能的提高使得設(shè)計中其它地方的成本大幅降低，遠遠抵消了這種輕微的溢價。

在通用的硅基30 kW功率方案中，我們會發(fā)現(xiàn)，總成本的90%都與電感和電容有關(guān)，分別占到60%和30%，半導(dǎo)體器件僅占總物料清單成本的10%。用SiC開關(guān)取代硅MOSFET可使電容和電感降低75%，從而大幅縮減尺寸和成本，這遠遠超過了SiC器件的成本溢價。

下圖從更高層面上說明了，如何通過更高性能的SiC讓擊穿電壓更高的器件具有出色的 Rds(on)*Qg特性，使得更簡單的拓撲結(jié)構(gòu)在更高的頻率下工作，從而降低成本和尺寸。 

此外，隨著SiC工作效率的提高，散熱片的數(shù)量會明顯減少（或完全無需散熱片），尺寸和成本也會得到進一步縮減。因此，在總物料清單成本方面，SiC設(shè)計相比等效的硅方案更勝一籌。

雖然SiC仍是一項相對較新的技術(shù)，但隨著它的普及，其生態(tài)系統(tǒng)已得到快速發(fā)展。供應(yīng)商提供各種封裝的SiC器件和相關(guān)柵極驅(qū)動器，以滿足不同的應(yīng)用要求，還附帶參考設(shè)計、應(yīng)用手冊和仿真模型/工具。安森美提供了一套強大的在線建模和仿真工具。這款在線PLECS 模型自助生成工具允許用戶生成其自定義電路的高保真PLECS模型，然后將該模型上傳到 Elite Power仿真工具，這時安森美功率產(chǎn)品會引入其中以演示系統(tǒng)性能，其中包括半導(dǎo)體邊界建模。這種虛擬環(huán)境使系統(tǒng)設(shè)計人員能夠在進入硬件環(huán)節(jié)之前快速迭代并優(yōu)化方案，從而顯著縮短產(chǎn)品上市時間。

供應(yīng)鏈也在不斷發(fā)展。安森美最近收購了GT Advanced Technologies (GTAT)。GTAT是為數(shù)不多具有端到端供應(yīng)能力的大型供應(yīng)商，包括SiC晶錠批量生長、襯底制備、外延、器件制造、集成模塊和分立式封裝方案。 

安森美將迅速拓展襯底業(yè)務(wù)，將產(chǎn)能提高五倍，并投入大量資金用于擴大器件和模塊產(chǎn)能，爭取到2024年實現(xiàn)翻兩番，未來產(chǎn)能還將再次翻番。

盡管對于SiC目前仍有許多誤解存在，但提出合適的問題并消除這些誤解將使設(shè)計人員能夠充分利用這種新材料的全部潛力。