系统工程中先进的功率半导体器件新的发展方向

摘要

本文对近来提出的一些器件的基本原理进行了比较，这些器件包括超大型金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、绝缘栅双极性晶体管（IGBT）和碳化硅（SiC）器件。所有这些器件的阻断电压都能达到1000V，以优化设计可适合于不同的应用领域。最新一代的CoolMOS在最大电流下可同时获得极高的通态电导率和极快的开关频率，而其阻断电压也在500～800V之间。在很多场合，CoolMOS的杰出的开关性能由于其二极管的动态特性比较差而无法得到应用。因此，一系列碳化硅二极管被设计出来，使开关特性优异的CoolMOS和快速SiC二极管在为理想的组合对象。该二极管的性能随后将被探讨。和硅器件相比，SiC器件展现出优越的性能，极低的导通电阻和很高的击穿电压被认为是碳化硅功率开关器件最突出的特点。阻断电压高达18000V的MOSFETs和结型场效应晶体管（JFETs）其导通电阻分别是47mΩcm2和14.5mΩcm2，比较而言，碳化硅器件对系统设计者有吸引力得多。为了在器件实体上描述这些预期的特性，我们在JFETs器件上实现了纵向阻断电压为1800V和通态电阻率为12mΩcm2的性能。我们将对此进行讨论。