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2018.05.10 SiC功率元件

何謂SiC-MOSFET-本體二極體的特性

何謂SiC-MOSFET

上一章介紹了與IGBT的區別。本章將對SiC-MOSFET的本體二極體的順向特性與反向恢復特性進行說明。

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如圖所示,MOSFET(不局限於SiC-MOSFET)在汲極-源極間存在本體二極體。從MOSFET的結構上講,本體二極體是由源極-汲極間的PN接面形成的,也被稱為“寄生二極體”或“內部二極體”。對於MOSFET來說,本體二極體的性能是重要的參數之一,在應用中使用時,其性能發揮著至關重要的作用。

SiC-MOSFET本體二極體的順向特性

下圖表示SiC-MOSFET的Vds-Id特性。在SiC-MOSFET中,以源極為基準向汲極外加負電壓,本體二極體為順向偏置狀態。該圖中Vgs=0V的綠色曲線基本上表示出本體二極體的Vf特性,。Vgs為0V即MOSFET在關斷狀態下,沒有頻道電流,因此該條件下的Vd-Id特性可以說是本體二極體的Vf-If特性。如“何謂碳化矽”中提到的,SiC的帶隙更寬,Vf比Si-MOSFET大得多。

而在給閘極-源極間外加18V電壓、SiC-MOSFET導通的條件下,電阻更小的頻道部分(而非本體二極體部分)流過的電流占支配低位。為方便從結構角度理解各種狀態,下面還給出了MOSFET的斷面圖。

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SiC-MOSFET本體二極體的反向恢復特性

MOSFET本體二極體的另一個重要特性是反向恢復時間(trr)。trr是二極體開關特性相對的重要參數這一點在SiC蕭特基二極體一文中也已說明過。不言而喻,MOSFET的本體二極體是具有PN接面的二極體,因而存在反向恢復現象,其特性表現為反向恢復時間(trr)。下面是1000V耐壓的Si-MOSFET和SiC-MOSFET SCT2080KE的trr特性比較。

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如圖所示,示例的Si-MOSFET的trr較慢,流過較大的Irr。而SiC-MOSFET SCT2080KE的本體二極體速度則非常快。trr、Irr均為幾乎可忽略的水平,恢復損耗Err已經大幅降低。

重點:

・SiC-MOSFET本體二極體的順向特性Vf比Si-MOSFET大。

・SiC-MOSFET本體二極體的trr更高速,與Si-MOSFET相比可大幅降低恢復損耗。

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