SiC功率元器件的特征
SiC比Si的绝缘击穿场强高约10倍，可耐600V～数千V的高压。此时，与Si元器件相比,可提高杂质浓度，且可使膜厚的漂移层变薄。高耐压功率元器件的电阻成分大多是漂移层的电阻，阻值与漂移层的厚度成比例增加。因为SiC的漂移层可以变薄，所以可制作单位面积的导通电阻非常低的高耐压元器件。理论上,只要耐压相同，与Si相比,SiC的单位面积漂移层电阻可低至1/300。
Si 功率元器件为改善高耐压化产生的导通电阻増大问题，主要使用IGBT（绝缘栅极双极晶体管）等少数载流子元器件（双极元器件）。但因为开关损耗大而具有发热问题，实现高频驱动存在界限。由于SiC能使肖特基势垒二极管和MOSFET等高速多数载流子元器件的耐压更高，因此能够同时实现 “高耐压”、“低导通电阻”、“高速”。
此时，带隙是Si的约3倍，能够在更高温度下工作。现在，受封装耐热性的制约可保证150℃～175℃的工作温度，但随着封装技术的发展将能达到200℃以上。
以上简略介绍了一些要点,对于没有物理特性和工艺基础的人来说可能有些难，但请放心,即使不理解上述内容也能使用SiC功率元器件。
SiC肖特基势垒二极管
特征以及与Si二极管的比较
SiC肖特基势垒二极管和Si肖特基势垒二极管
下面从SiC肖特基势垒二极管（以下简称“SBD”）的结构开始介绍。如下图所示，为了形成肖特基势垒，将半导体SiC与金属相接合（肖特基结）。结构与Si肖特基势垒二极管基本相同，其重要特征也是具备高速特性。
而SiC-SBD的特征是其不仅拥有优异的高速性还同时实现了高耐压。要想提高Si-SBD的耐压，只要增厚图中的n-型层、降低载流子浓度即可，但这会带来阻值上升、VF变高等损耗较大无法实际应用的问题。因此，Si-SBD的耐压200V已经是极限。而SiC拥有超过硅10倍的绝缘击穿场强,所以不仅能保持实际应用特性且可耐高压。
SiC-SBD和Si-PN结二极管
通过Si二极管来应对SBD以上的耐压的是PN结二极管（称为“PND”）。下图为Si-PN二极管的结构。SBD是仅电子移动，电流流动，而PN结二极管是通过电子和空穴（孔）使电流流动。通过在n-层积蓄少数载流子的空穴使阻值下降，从而同时实现高耐压和低阻值，但关断的速度会变慢。
尽管FRD（快速恢复二极管）利用PN结二极管提高了速度，但尽管如此，trr（反向恢复时间）特性等劣于SBD。因此，trr损耗是高耐压Si PN结二极管的重大研究项目。此时，开关电源无法对应高速的开关频率也是课题之一。
右上图表示Si的SBD、PND、FRD和SiC-SBD耐压的覆盖范围。可以看出SiC-SBD基本覆盖了PND/FRD的耐压范围。SiC-SBD可同时实现高速性和高耐压，与PND/FRD相比Err（恢复损耗）显著降低，开关频率也可提高，因此可使用小型变压器和电容器，有助于设备小型化。
以下是1200V耐压SiC-SBD技术规格的一部分。后续将针对主要特性进行介绍。
与Si-PND的反向恢复特性比较
面对SiC-SBD和Si-PND的特征进行了比较。接下来比较SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性。反向恢复特性是二极管、特别是高速型二极管的基本且重要的参数，所以不仅要比较trr的数值，还要理解其波形和温度特性，这样有助于有效使用二极管。
SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性的不同
首先，反向恢复或恢复是指二极管在呈反向偏置状态时，无法立即完全关断，有时会出现反向电流的现象。trr是其反向电流的流动时间。此时，前文提到SiC-SBD的trr比包含Si-FRD在内的Si-PND高速。下面我们来了解其原因和实际特性。
简单地说,trr的速度和反向恢复特性的不同是因为二极管构造不同。这就需要谈到在半导体中移动的电子和空穴。先通过波形图来了解SiC-SBD和Si-PND反向恢复特性的不同。
右侧波形图为SiC-SBD和高速PND即Si-FRD反向恢复时的电流和时间。从波形图可见红色的SiC-SBD反向电流少，trr也短。顺便一提，本特性因为反向电流的损耗而需要进行研究探讨。
在这里，通过各二极管的断面图进行介绍。下图为Si-PND的偏置从正向偏置转换为反向偏置时电子和空穴的移动。
正向偏置时注入载流子，通过空穴和电子的重新结合使电流流动。如果是反向偏置的话，n层的空穴（少数载流子）会花些时间返回p层，到完全返回为止（一部分因为寿命而消失）均有电流流动。这就是反向恢复电流。
第2个图为SiC-SBD转换为反向偏置时的示意图。因肖特基势垒结构而不存在PN结,所以没有少数载流子，在反向偏置时n层的多数载流子(电子)只需要返回,因此只需要很少的反向恢复时间，其关断时间比PND明显缩短。
这种反向恢复时间的差异均因为二极管结构。因此，Si-SBD的反向恢复也是高速。然而，Si-SBD现状的耐压界限是200V左右，在比其更高的电压下不能使用。而使用SiC的话，可以做出超过600V的高耐压SBD。这就是SiC-SBD的一大优点。
下面是反向恢复特性的温度依赖性和电流依赖性相关数据。
上段的波形图和图表表示不同温度的不同反向恢复特性。Si-FRD的温度上升时载流子浓度也随之上升，因此需要相应的反向恢复时间。随着室温的增高，反向电流和trr也会变大。而SiC-SBD因为SiC本身基本上没有温度依赖性，所以反向电流特性基本没有变化。将trr的差制作了右上的图表，通过对两种Si-FRD的比较，发现SiC-SBD的trr基本上不存在温度依赖性。
下段的波形图表示与正向偏置时的正向电流IF的关系。由波形图可观察到SiC-SBD几乎不受影响。
最后，虽然前面表述为SiC–SBD几乎没有反向电流，在波形图里可明显看出SiC-SBD比Si-FRD少很多，但也不是一点没有。这是因为二极管中寄生的结电容带来的影响。因此，SiC-SBD与Si-PND相比，反向电流并不是零，而是明显减少。
与Si-PND的正向电压比较
前面对SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性进行了比较。下面对二极管最基本的特性–正向电压VF特性的区别进行说明。
SiC-SBD和Si-PND正向电压特性的区别
二极管的正向电压VF无限接近零、对温度稳定是比较理想的，但事实是不是零、并会受温度影响而变动。为了使大家了解SiC-SBD的VF特性，下面与Si-PND的FRD（快速恢复二极管）进行比较。
下图是相对于SiC-SBD和Si-FRD的正向电流IF的VF特性图。是从25℃到200℃按8个级别的温度条件测量的数据。
SiC-SBD随着温度的上升，IF开始流动，VF有些下降，但因电阻上升，斜率变缓和，在正常使用范围的IF下，VF上升。
Si-FRD随着温度的上升，VF单纯地下降。如图中的线条轨迹所示，无论哪个温度，斜率基本相同，VF单纯下降。
这些特性取决于其各自的物理特性和结构，但也各有各的优缺点。刚才提到理想的二极管。那么，Si-FRD的VF随着温度升高而下降，传导损耗减少，看起来好像是好事，但随着VF的下降，IF增加，即使损耗略有下降，但发热増加量更胜一筹，甚至可能陷入VF下降、IF增加的热失控状态。
而SiC-SBD随着温度升高，VF变高，不会热失控。但是VF上升，因此具有IFSM（瞬间大电流耐受能力）比Si-FRD低的缺点。
来源：techclass.rohm
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