浅谈SiC MOSFET芯片的短路能力
sic mosfet芯片的短路能力是非常差的，目前大部分都不承诺短路能力，有少数在数据手册上标明短路能力的几家，也通常把短路耐受时间（scwt：short circuit withstand time）限制在3us内。
这个相比si基igbt动辄6us甚至10us的时间，降低了很多，最近看了一些资料，尝试着理解一下。
从最基本的逻辑出发，芯片发热是芯片内部的电流做功引起的，因此主要考虑电流和芯片内部的结构。
先看si igbt模块的结构：
我们可以看到，一颗igbt芯片焊接在dbc衬板上，芯片底部是集电极（collector），和散热的铜连接，顶部是发射极（emitter），和键合线相连（图中未画出），电流方向从c到e。
我们都知道，igbt工作的时候，本来电阻较高的n-漂移层，由于电导调制效应，载流子被注入，这就导致n-漂移层的电导率很高，因此大电流流过这个区域的时候，压降δv drift很小，此区域的发热功耗p=δv×i就很小，因此在n-区不会产生大量的热量。
igbt的压降主要是来自哪里？其实主要是衬底的p到n这个场截止层，从下图的红色电场分布看得出来，电场主要是由靠近集电极的pn结来承受。
根据发热功率p=δv×i，这个δv很大，因此这个p很大，发热主要是靠近igbt芯片底部的集电极。
再看第一张图，igbt芯片底部，那不正好是散热的覆铜板吗？所以这个热可以很快扩散，相对来说容易散出去。
再看sic mosfet的结构：
大家不要被这张图骗了，图是对的，但是下面那个n+substrate厚度比例不对，图中n-drift层的厚度是10um，而n+substrate的厚度，是200um左右！
mos结构就很简单了，导通的时候没有pn结，是通过mos沟道导电的，因此，哪个地方发热严重完全取决于哪个地方的电阻大！
直接上图（感谢anant agarwal教授的资料）
可以看到，沟道电阻和外延层占比遥遥领先！根据最简单的安培定理
可以得出，sic mosfet芯片发热最严重的区域是mos沟道和外延层，也就是芯片的顶部区域！
对于沟槽sic来说也差不多，因为沟槽sic电阻最大的区域是外延层，也靠近芯片的顶部。
这下就不太好搞了，因为散热板在芯片底部，但是发热集中在芯片顶部，因此sic mosfet芯片短路时的散热天然要差一些，毕竟导热铜衬板离热源还有点远。
当然，不能完全只看压降和电阻，si igbt和sic mosfet芯片本身的尺寸以及电流大小也要看的。
上图是英飞凌做的一个对比，我们简单算一下，一个标称300a的igbt芯片，尺寸10mm×10mm，短路电流差不多2000a。
一个标称120a的sic mosfet芯片，尺寸5×5mm，短路电流差不多1200a来算。
igbt短路电流密度：2000/100=20a/mm2
sic mosfet短路电流密度：1200/25=48a/mm2
仅仅是电流密度大了2.5倍，再加上发热位置是芯片散热较差的顶部，sic 芯片短路能力比igbt差也是情理之中。
如图，可以看到，大部分发热集中在sic mosfet芯片顶部。
图源：英飞凌
再看看igbt的温度分布，就要均匀很多。
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根据发热功率p=δv×i，这个δv很大，因此这个p很大，发热主要是靠近igbt芯片底部的集电极。
再看第一张图，igbt芯片底部，那不正好是散热的覆铜板吗？所以这个热可以很快扩散，相对来说容易散出去。
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大家不要被这张图骗了，图是对的，但是下面那个n+substrate厚度比例不对，图中n-drift层的厚度是10um，而n+substrate的厚度，是200um左右！
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一个标称120a的sic mosfet芯片，尺寸5×5mm，短路电流差不多1200a来算。
igbt短路电流密度：2000/100=20a/mm2
sic mosfet短路电流密度：1200/25=48a/mm2
仅仅是电流密度大了2.5倍，再加上发热位置是芯片散热较差的顶部，sic 芯片短路能力比igbt差也是情理之中。
如图，可以看到，大部分发热集中在sic mosfet芯片顶部。
图源：英飞凌
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