為什么不用SiC來(lái)做IGBT？未來(lái)是否會(huì)大規(guī)模的使用SiC來(lái)做IGBT呢？

首先，我們要知道什么是IGBT

IGBT芯片是IGBT器件的主要部分，通常由硅制成。它由四個(gè)區(qū)域組成：N+型集電極、P型漏極、N型溝道和P+型柵極。IGBT芯片中使用的重要技術(shù)是溝道控制、載流子注入和處理高電壓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。IGBT芯片集IGBT的驅(qū)動(dòng)電路、控制電路、保護(hù)電路于一體。

圖示：IGBT基本結(jié)構(gòu)

那為什么不使用SiC來(lái)制造IGBT呢？那就要從SiC本身的特性開(kāi)始說(shuō)起~

優(yōu)點(diǎn)：耐高溫、高壓、損耗低，用在高壓大功率的應(yīng)用中再合適不過(guò)了。

缺點(diǎn)：存在很多技術(shù)問(wèn)題，包括周期時(shí)間、成本預(yù)算、器件良品率不一致等。

圖示：SiC性能五屬性比較

著重要聲明的是，SiC其實(shí)是可以做IGBT的，而我們看不到的原因是：因制備成本太高，且性能“過(guò)剩”，因此在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合都“毫無(wú)競(jìng)爭(zhēng)力”，因此目前無(wú)存活空間，所以你就基本看不到商業(yè)化的SiC IGBT了。

Si材料的Mosfet存在一個(gè)問(wèn)題，即耐受電壓能力高了芯片就會(huì)相應(yīng)地變厚，導(dǎo)通損耗也就很高，所以硅材料的Mosfet一般只能做低壓器件。

SiC是一種寬禁帶半導(dǎo)體材料，可以做到很高的耐壓下芯片還很薄，而現(xiàn)在SiC的Mosfet可以做到6500V耐壓，已經(jīng)能覆蓋現(xiàn)在的IGBT耐壓水平了，且Mosfet的芯片結(jié)構(gòu)比IGBT簡(jiǎn)單，所以目前沒(méi)有必要用SiC來(lái)做IGBT浪費(fèi)成本。除非以后需要10kV級(jí)別的器件才有可能考慮SiC的IGBT。

不過(guò)其實(shí)SiC IGBT已經(jīng)有了，但是只是在高耐壓開(kāi)關(guān)的場(chǎng)合小范圍內(nèi)使用，例如某些換流站和牽引站，目前還沒(méi)有大規(guī)模的推廣碳化硅的IGBT。

未來(lái)是否會(huì)大規(guī)模的使用SiC來(lái)做IGBT呢？

目前全球都對(duì)碳化硅寄予厚望，認(rèn)為SiC是一種具有巨大潛力和優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體材料，可以用于高壓大功率領(lǐng)域，提高電力電子技術(shù)的效率和密度。也是一種戰(zhàn)略性新材料，對(duì)于提升國(guó)家科技實(shí)力和能源安全有重要意義。

國(guó)際上有很多公司和機(jī)構(gòu)在研究和開(kāi)發(fā)SiC器件和應(yīng)用，如Infineon, Creei, Rohm, STMicroelectronics等。國(guó)內(nèi)如中科院半導(dǎo)體所、中電科、中電49所、中微半導(dǎo)體、華大半導(dǎo)體等。

但是想用MOSFET完全取代IGBT并沒(méi)有明確的肯定答案。分析下MOSFET和IGBT各自的優(yōu)缺點(diǎn)就可知道原因。

MOSFET可以取代低壓低電流的IGBT，因?yàn)镸OSFET有更低的導(dǎo)通損耗和更快的開(kāi)關(guān)速度。但是MOSFET不能取代高壓高電流的IGBT，因?yàn)镸OSFET的耐壓能力和電流承受能力都比IGBT低，而且MOSFET的導(dǎo)通損耗會(huì)隨著電壓和電流的增加而急劇增加。

IGBT可以取代大部分的MOSFET，但是這樣做可能會(huì)造成性能的浪費(fèi)和成本的增加，因?yàn)镮GBT有更高的導(dǎo)通壓降和更慢的開(kāi)關(guān)速度。

審核編輯：劉清