碳化硅MOSFET与Si MOSFET的比较

mosfet是现代电子产品的基本组成部分,被认为是上个世纪最重要的发明之一。然而,mosfet已经有所改进,包括从硅(si)转向碳化硅(sic),这显着提高了它们的性能。但到底什么是mosfet?
场效应管基础知识
mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管)是一种场效应晶体管,这意味着它通过使用电场来控制电流。mosfet 通常有三个端子:栅极、漏极和源极。漏极和源极之间传导的电流通过施加到栅极的电压进行控制。与其他类型的晶体管相比,mosfet具有更高的功率密度,这是一个明显的优势。此外,与bjt(双极结型晶体管)相比,mosfet需要最少的输入电流来控制负载电流。
mosfet 的快速历史
mosfet由贝尔实验室的mohamed m. atalla和dawon kahng于1959年发明,现代电子产品中mosfet无处不在,被广泛认为是电子领域最重要的发明。它们很快被证明是计算机、数字革命、信息革命和硅时代不可或缺的。
开发mosfet的关键之一是创新的表面钝化方法,这是使用热氧化构建工作mosfet的主要障碍。mosfet上的绝缘体是二氧化硅,而导体是晶体硅。
长期以来,硅一直是mosfet的首选半导体材料。然而,在wolfspeed创造了第一个sic mosfet之后,发生了重大转变。碳化硅已被证明是mosfet技术的游戏规则改变者,具有多种优势。
碳化硅相对于硅的优势
在半导体技术中使用时,碳化硅比硅具有许多优势,包括:
更高的临界击穿场,这意味着可以在保持额定电压的同时仍减小器件的厚度
带隙更宽,在相对较高的温度下漏电流更低
更高的导热性,支持更高的电流密度
全面减少能量损失
在mosfet中使用碳化硅代替si也会导致:
降低开关损耗,这会影响 mosfet 从阻塞过渡到导通时发生的损耗(反之亦然)
更高的开关频率,这意味着可以使用更小的外围元件(例如滤波器、电感器、电容器、变压器)
提高临界击穿强度,约为硅可达到的 10 倍
更高的运行温度,这意味着简化的冷却机制(例如散热器)
碳化硅与硅:碳化硅获胜
与硅级产品相比,碳化硅 mosfet 具有更好的整体性能、更高的效率、更高的开关频率和更紧凑的组件。越来越多的工程师转向碳化硅mosfet,并利用它们提供的优越性能。


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