Infineon SiC FET介紹(1)

一般提到的WBG產品，通常泛指為GaN與SiC FET二種功率元件。而WBG產品與silicon MOSFET最大的差異為能階，也就是電子伏特，silicon MOSFET在電子伏特為1左右，而SiC FET在電子伏特為3.X，同時能階又與耐壓相關連，因此SiC FET為高耐壓產品。SiC FET在熱導係數上比較高，表示SiC FET在溫度特性上表現會比較好，Rds-on不容易受溫度影響。同時SiC FE電子飄移速度比較快，適合高頻切換應用，適合應用在高功率密度產品設計。

一般在評估半導體的特性會利用Qoss/Qrr/Eoss/Qg/VF關鍵品質因素來當作參考依據

• Qoss→在soft switching的架構上，Qoss小，則dead time在設計上可以比較短，有效傳遞能量時間可以增加，有利於提升效率。SiC FET相較於silicon MOSFET有大幅度的減少
• Qrr→在半橋架構下容易造成硬換相，較小的Qrr可以減少short through的現象發生。SiC FET相較於silicon MOSFET有相當程度的降低
• Eoss與hard switching相關(例如flyback架構)，在硬切影響切換損失。由於SiC FET為高能階的產品，die的厚度比較薄，等效出來的電容比較大
• Qg影響驅動損耗，主要影響輕載效率。SiC FET相較於silicon MOSFET也是來得比較小
• 由於半導體材料因素，SiC FET相較於silicon MOSFET在Vf值來得比較高，同時VF與Vgs相關連

當WBG材料尚未發展時，主要的半導體材料以silicon為主。在高頻化與高功率密度的產品需求上應用GaN的產品。而SiC FET的產品具有較好的溫度特性，適合大功率的產品應用。在三者重疊的部份，則可以針對客戶當下的產品規格與成本來選擇適當的產品。

在Rds-on對應溫度的曲線下，由於SiC FET具有較好的溫度特性，Rds-on受溫度影響較少，在相同的溫度條件下，與silicon MOSFET在Rds-on有46%左右的距，在實際應用上可以選擇低一規的Rds-on來維持同等級效率與溫度的需求，也可進一步達到節省成本的目的。

一般silicon MOSFET的驅動電壓Vgs只要大約8V以上，就可完全導通，即使Vgs電壓提高至10V，甚至是20V，所能夠導通的電流也幾乎一致，但在SiC FET的驅動電壓應用上，不同的Vgs電壓所能導通的電流卻有很大的差異。以Vgs=15V與Vgs=18V為例，電壓只相差3V，但導通的電流卻差了將近快一半。因此Infineon建議SiC FET要達到最佳的效率，Vgs電壓建議設計在18V。