第17讲：SiC MOSFET的静态特性

商用的Si MOSFET耐压普遍不超过900V，而SiC拥有更高的击穿场强，在结构上可以减少芯片的厚度，从而较大幅度地降低MOSFET的通态电阻，使其耐压可以提高到几千伏甚至更高。本文带你了解其静态特性。

1. 正向特性

图1显示了SiC MOSFET的正向通态特性。由于MOSFET是单极性器件，没有内建电势，所以在低电流区域，SiC MOSFET的通态压降明显低于Si IGBT的通态压降；在接近额定电流时，SiC MOSFET的通态压降几乎与Si IGBT相同。对于经常以低于额定电流工作的应用，使用SiC MOSFET可降低通态损耗。


图1：SiC MOSFET（FMF600DXZ-24B）通态压降


图2：SiC MOSFET（FMF600DXZ-24B）与Si IGBT（CM600DX-24T）通态压降对比

SiC MOSFET的通态压降通常表现出与Si MOSFET不同的温度依赖性。三菱电机的SiC MOSFET在约25℃附近呈现最小值，随着温度上升或下降，通态压降也会增加。通态压降与漂移层电阻和沟道电阻有关，这两种电阻对温度分别具有正、负依赖性。综合这些特性，SiC MOSFET的通态压降温度特性如图3所示。


图3：SiC MOSFET（FMF600DXZ-24B）通态压降温度特性

2. 反向导通特性（体二极管导通）

MOSFET在内部结构上形成了一个从源极到漏极方向的PN结，称为体二极管（图4）；因此，如果施加一个比PN结势垒电位更高的电压，就可以使MOSFET从源极到漏极方向导通（图5）。然而，有些SiC MOSFET的电性能会因双极电流流过体二极管而劣化，尽管比例非常小。迄今为止，三菱电机积累了大量关于体二极管可靠性的数据。利用这些数据，根据不同的模块和用途，采取适当的对策，提供可放心使用的高可靠性SiC MOSFET。


图4：SiC MOSFET体二极管


图5：SiC MOSFET（FMF600DXE-24BN）体二极管正向压降

3. 反向导通特性（沟道导通）

当向MOSFET的栅极施加正压时，电流可以通过MOS沟道从源极流向漏极（图6）。MOS沟道反向导通时的压降和电流成正比关系（图7），且源漏极压降小于反并联肖特基势垒二极管（SBD）或体二极管导通时的压降，因此在反向导通时，可以向栅极施加正偏压以使MOS沟道导通，从而减少损耗。


图6：在栅极正偏压时SiC MOSFET反向电流通道


图7：在栅极正偏压时SiC MOSFET（FMF600DXE-24BN）反向导通压降