功率电子器件从硅（Si）到碳化硅（SiC）的过渡
众所周知，硅（si）材料及其基础上的技术方向曾经改变了世界。硅材料从沙子中提炼，构筑了远比沙土城堡更精密复杂的产品。如今，碳化硅（sic）材料作为一种衍生技术进入了市场——相比硅材料，它可以实现更高功率等级的功率转换、更快的开关速度、传热效率上也优于硅材料。本篇博客探讨了sic材料如何提升产品性能以超越基于硅材料的领域，从而为我们全新的数字世界创造下一代解决方案。
硅基mosfet、碳化硅（sic）mosfet、氮化镓（gan）hemt或碳化硅（sic）fet等功率电子器件是用于众多市场领域的主要技术构件。长期以来，硅一直是功率电子应用中的首选半导体材料。直到最近，由于sic技术性能和可靠性的显著提升，人们开始从硅转向sic器件。
sic的性能优势已在电动车、白色家电、基础设施、太阳能/可再生能源、数据中心等多个电力电子市场产生深远的影响。得益于更大的带隙能量（即3.3ev，而硅为1.1ev——参见图2）和更高的击穿电压，sic可用于创建更新颖、更高性能的解决方案。
如今，制造商采用sic技术来开发基于各种半导体器件的功率电子模块，如双极结型晶体管（bjt）、结型场效应晶体管（jfet）和金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。在接下来的章节中，我们将探讨为何sic正在成为面向未来的突破性电力电子技术。
01采用sic vs.si：优势对比首先，sic mosfet或sic fet与硅器件相比具有若干优势。sic更高的击穿电压意味着可以使用更轻薄的器件来支持更高的电压。另外，sic相较于硅的其它优势还包括：
作为一种宽带隙材料，在高温条件下漏电流较低；
更高的热导率，有助于支持高电流密度应用；
更低的能量损耗，有助于最大限度减少功率损耗；
更高的开关频率，减小了大型外围被动元器件的尺寸和重量；
较小的裸片尺寸和较低寄生电容带来更低的开关损耗，使得功率转换器能够在更高的开关频率及速度下运行；
能够在更高的环境温度下正常工作，有助于减小散热器的尺寸。
由此，我们现在可以看到sic器件相对于硅基器件的诸多优势；这也成为许多应用从硅转向sic的原因。
02了解sic的电热优势在电力电子领域，如何在高功率应用中有效减少或最小化功耗损失一直是非常重要的。与此类似，满足极端条件下的热设计要求也是非常重要的。sic不但能够满足以上这些要求，其漏极-源极电阻（rds(on)）比硅器件低300到400倍。这一品质因数（fom）是生产厂家的福音，基于这个特点，这些客户可以设计出高效率的电力电子设备。此外，有效裸片面积相同的情况下，碳化硅器件（sic）可以转换的功率等级比基于硅（si）的器件更高——换句话说，碳化硅器件（sic）可以用更小的芯片尺寸实现相同的功率等级转换。
此外，sic具有较高的电热导率和快速开关功能，以及较低的输出电容与rds(on)。因为碳化硅（sic）器件可以转换更高等级的能量并且理论上具备更高的开关频率，可以帮助制造商节省系统成本。原因何在？因为这些品质因数（fom）意味着那些被动元器件的尺寸可以大大减少，例如：变压器、扼流圈和电感器等磁性部件，而这些器件在开关电源设计中所有开关电源设计中都必不可少的；所有这些fom意味着碳化硅器件（sic）将在三相逆变器、数字电源和功率电子变换器（ac/dc和dc/dc）等应用中大有作为。
效率是各个制造商当下所追求的另一个fom。鉴于全球都在推进“绿色”能源倡议，在许多应用中，效率也已成为一个关键的推动因素。下文中的图1显示了sic相对于硅材料可实现更高的效率；这使其成为当今许多下一代设计中的首选技术。图1，硅（si）与碳化硅（sic）的比较
sic等宽带隙半导体技术是下一代高效功率电子器件的理想选择（见图2）。sic从650v电压开始便表现出出色的电压阻断能力，且在更高电压下所带来的优势更为显著。下一代解决方案的一个关键举措是“绿色（即高能效）”系统的构建。sic则可提供这种能力——其宽带隙特性可实现更高的功率效率、更小的尺寸、更轻的重量，和更低的总体成本——即相当于“更环保”的解决方案。图2，硅（si）和碳化硅（sic）参数对比表格
03写在最后：一些结论现在，我们对si与sic之间的比较有了更好的理解。在我们所处的全新数字世界，两者在诸多应用中均占有一席之地；然而，在很多解决方案中，sic能够实现更优秀的性能指标。sic技术能够被应用在广泛的电力电子解决方案中。由于具备较广的工作栅极驱动范围，在高频dc/dc和ac/dc等应用中采用sic会带来许多优势。此外，在电动车逆变器中使用sic，更可获得更低的导通损耗和强大的短路处理能力。
sic技术的不断进步将促使其在更多应用中得到推广，并开拓其它领域。同时，封装设计的进步、市场接受度的提高，以及市场空间的快速增长，都会进一步助力sic技术应用于更多解决方案。
了解有关本主题的更多信息以及获得针对您最新设计挑战的解决方案，请访问qorvo design hub（https://cn.qorvo.com/design-hub/），获取内容丰富的视频、博客文章、白皮书和工具等。
了解更多有关本主题和其它qorvo电源解决方案的信息，请访问qorvo.com网站，或留言您的联系方式和方案简介，我们会有专人与您联系。
原文标题：功率电子器件从硅（si）到碳化硅（sic）的过渡
文章出处：【微信公众号：qorvo半导体】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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如今，制造商采用sic技术来开发基于各种半导体器件的功率电子模块，如双极结型晶体管（bjt）、结型场效应晶体管（jfet）和金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。在接下来的章节中，我们将探讨为何sic正在成为面向未来的突破性电力电子技术。
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作为一种宽带隙材料，在高温条件下漏电流较低；
更高的热导率，有助于支持高电流密度应用；
更低的能量损耗，有助于最大限度减少功率损耗；
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此外，sic具有较高的电热导率和快速开关功能，以及较低的输出电容与rds(on)。因为碳化硅（sic）器件可以转换更高等级的能量并且理论上具备更高的开关频率，可以帮助制造商节省系统成本。原因何在？因为这些品质因数（fom）意味着那些被动元器件的尺寸可以大大减少，例如：变压器、扼流圈和电感器等磁性部件，而这些器件在开关电源设计中所有开关电源设计中都必不可少的；所有这些fom意味着碳化硅器件（sic）将在三相逆变器、数字电源和功率电子变换器（ac/dc和dc/dc）等应用中大有作为。
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