Si基半导体器件寸步难行？SiC与GaN游击战

相对于 Si，SiC 和 GaN 有着以下几点优势：

❶ 禁带宽度是 Si 的 3 倍左右，击穿场强约为 Si 的 10 倍；

❷ 更高的耐压能力以及更低的导通压降；

❸ 更快的开关速度和更低的开关损耗；

❹ 更高的开关频率；

❺ 更高的允许工作温度；

❻ SiC 具有更高的热导率；

根据上面的优势，第三代宽禁带半导体器件，能够达到更高的开关频率，提高系统效率，同时增大功率密度等，但是目前推动的最大推动力还得看成本！

2.SiC & GaN

不同类型的碳化硅器件结构和工艺难度都不一样，一般都是依据其工艺难度依次推出的。可知，SiC Diode便是最早实现商业化碳化硅半导体器件，同时也是历经内部结构和外部封装优化最多的器件，自身耐压能力、抗浪涌能力和可靠性都得到了大大提高，是目前最为成熟的 SiC 半导体器件。肖特基二极管 SBD 是最先商业化的碳化硅二极管，其具有较低的导通压降，但是反向漏电流较大，为了限制反向漏电流，结势垒控制肖特基二极管 JBS 应运而生；随后还有 JBS 和 PiN 结合的肖特基二极管 MPS，主要都是为了平衡其正向压降和反向漏电流。碳化硅 SBD 的反向恢复过程很短、反向恢复损耗低，正向压降具有正温度系数，适合多管并联的应用场合，目前商用的主要为 MPS 二极管。

碳化硅 JFET一般为常开型器件，为了实现常断，目前一般是将常开的 SiC JFET 和一个起控制作用的低压 Si MOSFET 级联成 Cascode 结构，即共源共栅结构。

Cascode 结构的 SiC JFET 能够兼容原先的 Si MOSFET 或者 Si IGBT 的驱动电路，并且性能上几乎不会因为多串联了一个器件而产生影响。SiC JFET 为单极型器件，没有栅氧层，工艺上比较容易实现且可靠性较高，但是对于驱动电路的控制要求较高，采用 Cascode 结构是一个不错的选择。

SiC MOSFET是目前倍受工业界关注的 SiC 半导体器件，其导通电阻小、开关速度快、驱动简单、允许工作温度高等特点，能够提高电力电子装置的功率密度和工作环境温度，适应当前电力电子技术发展的趋势，也是被认为是 Si 基 IGBT 的理想替代者(夺权时间待定)。相对而言，SiC MOSFET 的工艺步骤更复杂、难度更高，制造工艺的研发时间较长，这也是为什么 SiC MOSFET 比前两者来得稍晚些。

SiC IGBT？前面我们也有聊到过，就应用领域的性价比来说，SiC IGBT 也有，不过相对来说不会太常见。--SiC IGBT--PET 的未来？

GaN 半导体器件：

氮化镓器件最接地气的就是各类手机快充，GaN 器件的性能远由于 Si 基器件，因为 GaN 器件的结电容很小，开关速度非常快，能够在几纳秒内完成开关，损耗极小，使得其工作频率达到 MHz 级别，大大提高了系统的功率密度。GaN 半导体器件主要以 HEMT 为主，我们也叫调制掺杂场效应晶体管 MODFET，导通电阻非常小，并且不需要栅极正偏就能形成导电沟道，所以一般为常开器件。为了实现常断，一般可以采用和 SiC 一样的 Cascode 结构，还可以优化自身的栅极结构，如在栅极下方生长 P+AlGaN，形成深耗尽区，在零偏压的情况下阻断沟道，实现阈值电压大于 0V 的目的。

虽然 SiC 和 GaN 器件已经出现商业化，但是依旧存在很多没有完全解决甚至未知的问题，未完待续。。。。。。

随着 SiC 和 GaN 的快速发展，凭借其优异的特性，在电力电子涉及的领域备受关注，不管是半导体器件的制造商，还是半导体器件的应用商，无一不将其放在心上。但除了半导体器件的发展，外部电路，如驱动电路，或者是整个电路拓扑等，也需要不断发展和优化，才能更大程度地发挥宽禁带半导体的优异性能。

虽然宽禁带半导体不再是那么触不可及，但是相对 Si 基而言，成本依旧是其侵占市场的一大阻碍，但大势所趋仅仅是时间问题。