第第頁混合碳化硅分立器件的特性與優(yōu)點引言

（IGBT）分立器件一般由IGBT和續(xù)流（二極管）(FWD)構(gòu)成，續(xù)流二極管按材料可分為硅材料和碳化硅材料，按照器件結(jié)構(gòu)可分為（PI）N二極管和（肖特基）勢壘二極管(SBD)。材料與結(jié)構(gòu)兩兩組合就形成了4種結(jié)果：硅PIN二極管、碳化硅PIN二極管、硅肖特基二極管、碳化硅肖特基二極管。在本篇文章中我們將重點闡述碳化硅肖特基二極管作為續(xù)流二極管的混合碳化硅分立器件(后文簡稱為混管)的特性與優(yōu)點。

目前市面上主流的IGBT（產(chǎn)品）其續(xù)流二極管為快恢復二極管(FRD)，是上文提到的硅PIN二極管的一種，因此混管使用的碳化硅SBD與硅FRD在材料和結(jié)構(gòu)上都有所不同，在此分別對其進行比較。在相同的結(jié)構(gòu)中，碳化硅材料的耐壓特性表現(xiàn)要遠遠強于硅材料;相同的材料下，快恢復二極管FRD可以比肖特基勢壘二極管SBD承受更高的電壓。因此在耐壓特性表現(xiàn)上可以得出碳化硅FRD>碳化硅SBD>硅FRD>硅SBD，而由于碳化硅SBD的耐壓能力可以輕松達到1200V以上，基本可以滿足大部分市場需求，所以碳化硅FRD并不常見。下圖為相同IGBT分別搭配硅FRD與碳化硅SBD的雙脈沖測試示意圖，以及在不同電壓下的開通關(guān)斷過程中的器件損耗數(shù)據(jù)對比。

圖1雙脈沖測試示意圖

圖2V（DC）=600V，Tj=25℃動態(tài)數(shù)據(jù)

圖3VDC=800V，Tj=25℃動態(tài)數(shù)據(jù)

從表中數(shù)據(jù)可以看出，相同的電壓等級下，混管的關(guān)斷損耗與傳統(tǒng)IGBT相差不大，但開通損耗要比傳統(tǒng)IGBT小30%~40%。同時當VDC從600V增加到800V時，傳統(tǒng)IGBT的總損耗增大了50%，而混管的總損耗只增大了25%。

混管的SBD內(nèi)部結(jié)構(gòu)中載流子多子為（電子），硅FRD內(nèi)部結(jié)構(gòu)中載流子為電子和空穴，因此相比于硅FRD，碳化硅SBD的關(guān)斷速度更快，且?guī)缀鯖]有反向恢復與正向恢復現(xiàn)象。而評估硅FRD的關(guān)鍵（參數(shù)）就是反向恢復電荷Qrr和反向恢復時間Trr。Qrr越大，Trr越大，產(chǎn)生的損耗也就越大，硅FRD的Qrr和Trr都會隨著溫度升高而增大，也意味著反向恢復行為變差。下圖是高結(jié)溫下的混管與傳統(tǒng)IGBT在開通關(guān)斷過程中的器件損耗數(shù)據(jù)情況。

圖4VDC=800V，Tj=100℃動態(tài)數(shù)據(jù)

將高溫下數(shù)據(jù)與前文常溫下數(shù)據(jù)進行對比可以看出，當產(chǎn)品的工作溫度上升，不論是硅FRD還是碳化硅SBD都會有開關(guān)損耗上升的現(xiàn)象。但分開看開通損耗和關(guān)斷損耗時，兩種產(chǎn)品的關(guān)斷損耗隨溫度上升增加的幅度是接近的，而開通損耗隨溫度變化的差異卻十分明顯，混管的增加幅度不到10%，傳統(tǒng)IGBT的開通損耗隨溫度上升增加了35%左右。

綜上所述，在強調(diào)低開關(guān)損耗、高結(jié)溫的場合下，混管比傳統(tǒng)IGBT有著更出色的表現(xiàn)。因此，當您在進行