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碳化硅（SiC）是第3代半導(dǎo)體材料的典型代表，具有高禁帶寬度、高擊穿電場和高功率密度、高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率等優(yōu)越的物理性能，應(yīng)用前景廣闊。

目前，東芝的碳化硅MOSFET也已經(jīng)發(fā)展到了第3代，新推出的650V和1200V電壓產(chǎn)品現(xiàn)已量產(chǎn)。其柵極驅(qū)動電路設(shè)計(jì)簡單，可靠性得到進(jìn)一步的提高。

碳化硅MOSFET的優(yōu)勢

相同功率等級的硅MOSFET相比，新一代碳化硅MOSFET導(dǎo)通電阻、開關(guān)損耗大幅降低，適用于更高的工作頻率，其高溫工作特性也大大提高了器件的高溫穩(wěn)定性。其優(yōu)點(diǎn)包括工作溫度高、阻斷電壓高、損耗低、開關(guān)速度快四大方面。

在相同的功率等級下，設(shè)備中功率器件的數(shù)量、散熱器體積、濾波元件體積都能大大減小，同時(shí)效率也有大幅度的提升，有助于實(shí)現(xiàn)車輛電氣化和工業(yè)設(shè)備的小型化。

器件的基本特性

東芝第3代碳化硅MOSFET

東芝第3代碳化硅MOSFET的主要特性如下

（1）單位面積導(dǎo)通電阻低（RDS(ON)A）

（2）低漏源導(dǎo)通電阻×柵漏電荷（RDS(ON)×Qgd）

（3）低二極管正向電壓：VDSF＝-1.35V（典型值）@VGS＝-5V

（4）內(nèi)置SBD實(shí)現(xiàn)低VF和高可靠性（繼第二代產(chǎn)品之后）

（5）顯著改善導(dǎo)通電阻和開關(guān)損耗

（6）抗噪性高，使用方便

東芝第3代碳化硅MOSFET主要規(guī)格

功能特性分析

東芝推出的第3代TWxxNxxxC系列，共有10款產(chǎn)品，包括5款1200V和5款650V產(chǎn)品。

與第2代產(chǎn)品一樣，這些新一代MOSFET內(nèi)置了與碳化硅MOSFET內(nèi)部PN結(jié)二極管并聯(lián)的碳化硅肖特基勢壘二極管（SBD），其正向電壓（VF）低至-1.35V（典型值），可以抑制RDS(on)波動，從而提高了可靠性。

內(nèi)置SBD抑制波動

不過，當(dāng)MOSFET采用SBD單元時(shí)，會使MOSFET的性能下降：單位面積導(dǎo)通電阻（RDS(ON)A）及代表導(dǎo)通電阻和高速的品質(zhì)因數(shù)（Ron*Qgd）增大。為了降低單位面積導(dǎo)通電阻通常會增加芯片面積，但這又帶來了單位成本的問題。

為此，東芝利用先進(jìn)的碳化硅工藝顯著改善了單位面積導(dǎo)通電阻RDS(ON)A和Ron*Qgd。新產(chǎn)品的RDS(ON)A比第二代產(chǎn)品降低了43%，從而使漏源導(dǎo)通電阻×柵漏電荷（Ron*Qgd）降低了約80%，開關(guān)損耗約降低約20%，有助于提高設(shè)備效率。此外，由于柵極驅(qū)動電路設(shè)計(jì)簡單，可防止開關(guān)噪聲引起的故障。

東芝第3代碳化硅MOSFET和第二代產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)

新產(chǎn)品RDS(ON)A的改進(jìn)

在VDD＝800V，ID＝20A，L＝100μH，RG（外部柵極電阻）＝4.7Ω測量條件下，測量的第2代和第3代碳化硅MOSFET的導(dǎo)通和關(guān)斷波形如下圖所示。

兩代產(chǎn)品的導(dǎo)通和關(guān)斷波形

產(chǎn)品應(yīng)用方向

東芝650V和1200V第3代碳化硅MOSFET擁有更低的功耗，適用于大功率且高效、高功率密度的各類應(yīng)用，如開關(guān)電源（數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、通信設(shè)備等）、不間斷電源（UPS）、光伏逆變器、電動汽車充電站等。

東芝也在不斷擴(kuò)大其功率器件產(chǎn)品線，強(qiáng)化生產(chǎn)設(shè)施，并通過提供易于使用的高性能功率器件，為中高功率密度應(yīng)用賦能，努力實(shí)現(xiàn)碳中和經(jīng)濟(jì)。

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