深入了解, SiC MOSFTE 中的导通电阻 Ron~

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在大约1980年左右,巴利加创造了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。我们之前也多次讨论了IGBT,并且它结合了双极型晶体管(BJT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的优点,从而对逆变电路进行了革新。同样在1980年,碳化硅(SiC)晶体的生长突破使得该材料器件的研发成为可能,之后在1991年首批商用SiC晶片发布。
 
经过1994年的结构和工艺的优化,SiC材料的电阻率得到了改善,并于2001年发布了第一款SiC快速二极管(SBD)。其中一个典型应用是在电源中使用作为快速二极管,由于其反向恢复时间非常短,可以忽略不计,因此能够显著降低开关损耗和提高开关频率,从而减小被动器件的尺寸。因此,SiC SBD 迅速被应用于各种电源系统,如电源、光伏系统和空调等,并且SiC二极管的最大阻断电压已经能够超过25kV。
 
随着SiC SBD的发展,基于SiC的MOSFET也在不断发展和演进。随着MOSFET沟道迁移率和氧化物可靠性的不断提高,从2010年开始,商业化的SiC功率MOSFET逐渐涌现,市场持续扩大。根据系统中采用SiC器件的比例,电源或逆变器的体积和重量可以减少2至10倍,功率密度显著提升;同时,功耗也明显降低,使得转换系统的效率越来越高。
 
现在我们来讨论一下SiC MOSFET的一些相关事项吧!
 
首先,我们来探讨一下导通电阻(Ron)。下面是一个展示SiC MOSFET导通电阻主要组成的示意图:
 
功率MOS器件的导通电阻主要由多个串联电阻构成。对于SiC MOSFET来说,与具有相同阻断电压的硅功率MOS相比,其漂移层电阻降低了100倍以上。而沟道电阻和JFET电阻(相邻p阱之间的电阻)是2-3kV SiC MOS的主要因素;当超过3-5kV时,导通电阻主要由漂移层电阻决定,类似于600V-1200V硅MOS的情况。
 
上面的示意图展示的是平面双注入的DIMMOSFET。为了改善沟道迁移率对SiC MOS沟道电阻的限制,我们可以采用以下方法:
 
★增强沟道流动性
 
★减小沟道长度
 
★减小单元间距
 
如果要减小沟道长度以降低导通电阻,需要注意沟道效应的影响。否则,阈值电压会降低并且漏电流会增加。另一方面,减小单元间距可以有效增加单元密度。然而,当p阱之间的间距变短时,相应的JFET电阻将大幅增加。在这些方面需要进行权衡。沟槽式MOS理论上不存在JFET电阻,因此可以大规模缩短单元间距。这也是沟槽MOS导通电阻非常小的原因之一。

 

       

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