自从特斯拉开始在其最畅销的电动汽车（EV）Model 3中采用这种宽带隙材料制成的晶体管以来，碳化硅（SiC）一直在快速增长。

额定电压从650V到1700V的SiC MOSFET和SiC肖特基势垒二极管（SBD）现在正在渗透到越来越多的中到高功率应用中，其中包括用于数据中心服务器的SMPS，用于EV和PHEV的UPS，车载充电器（OBCs）和DC / DC转换器，用于EV和燃料电池车辆（FCV）的牵引逆变器，用于高速列车的逆变器（例如日本的新干线N700S， 日立制造）和通勤列车（如台湾的EMU3000，也是日立制造的），以及光伏逆变器，风力涡轮机逆变器和用于储能系统（ESS）的固态继电器。

这些应用的额定功率范围从几千瓦到几兆瓦。SiC MOSFET和SiC SBD在性能上的明显优势使它们能够以某种方式取代硅对应物Si-IGBT和Si-FRD，尽管组件成本较高，但只要系统或BOM成本是合理的。

消除SiC和Si之间的价格差距只是时间问题

诚然，SiC和Si的价格之间仍然存在明显的差距。SiC的高成本可归因于其自身的材料特性。SiC是一种坚韧的材料，具有高热稳定性、机械稳定性和化学稳定性。与Si相比，处理SiC通常需要更高的温度。特别是，SiC晶体缓慢、极高的温度升华生长（高达2，600°C）使得SiC衬底价格昂贵，占最终器件成本的40%以上。但是，随着领先的SiC衬底供应商Wolfspeed，II-VI和Sicrystal发起的积极扩张计划以及他们将主流晶圆尺寸从6英寸转移到8英寸的努力，加上加工晶圆厂的产能逐渐达到规模经济，SiC器件的实际成本将在未来几年迅速下降。

结合降低的材料和加工成本以及技术进步，600V/650V级SiC MOSFET和Si超结（SJ）MOSFET之间的价格平价迟早会发生。当前650V SiC MOSFET的比导通电阻仅为最先进Si SJ-MOSFET的1/5，不到许多传统器件的1/10。

SiC MOSFET的芯片尺寸也是GaN晶体管的1/2至1/4，具体取决于供应商。SiC MOSFET的芯片尺寸较小，尽管加工晶圆的成本较高，但与许多GaN晶体管相比，其价格已经具有竞争力。除此之外，由于SiC MOSFET的Rdson仅随着温度的升高而略有增加（例如，150°C时SiC MOSFET的Rdson在25°C时仅为Rdson的1.2倍至1.3倍，而Si SJ-MOSFET的Rdson和150°C下的GaN晶体管在25°C时仅为Rdson的2x至3x。该特性允许工程师将SiC MOSFET与更高的Rdson一起使用，以较低的Rdson取代Si SJ-MOSFET或GaN晶体管，以进一步缩小价格差距。较小的芯片尺寸可能导致更差的热性能，可以通过SiC的导热系数比Si和GaN高出近3倍来解决。

SiC MOSFET 在低功耗应用中的优势：热和 EMI

一个简单的直接替换测试显示了SiC MOSFET如何改善热和EMI，即使使用QR反激式转换器等单端拓扑也是如此。图1显示了市售65W适配器的热图像和EMI光谱。可以观察到，当原来的168mΩ Si SJ-MOSFET被370mΩ SiC MOSFET取代时，MOSFET温度在10MHz和30MHz之间提高了约10°C，EMI提高了10dB。

在另一项测试中，320mΩ SiC MOSFET用于带有Silana Semiconductor的ACF控制器的65W充电器。实现的最高效率约为94%，与GaN晶体管相当，但热量明显优于GaN，特别是在低线时。EMI光谱还表明，使用SiC MOSFET可以很容易地实现辐射发射的>6dB裕量。

在大多数情况下，SiC MOSFET的初始评估可以通过简单的插入式替换来完成，如果引脚排不兼容，甚至可以通过飞线进行。SiC MOSFET具有良好的抗噪声能力，并且足够强大，可以承受瞬态电压尖峰，因为它们能够承受高雪崩能量。当新的USB PD 3.1标准将最大功率电平提高到240W时，SiC MOSFET的易用性和鲁棒性以及散热和EMI优势可以帮助工程师应对追求更高功率密度的挑战。

碳化硅 MOSFET 可实现更高水平的集成

“一切可以集成的东西都应该集成”的概念在集成电路的许多领域盛行，但在电力电子学中，由于在处理散热，EMI和有限空间方面遇到的严格挑战，功率级的集成已被限制在相对较低的功率水平。用于医疗设备、家用电器、楼宇控制和工业自动化等应用的无刷直流 （BLDC） 和永磁同步 （PMSM） 电机驱动器就是这样一个例子。BLDC/PMSM电机驱动的趋势是朝着集成度提高的方向发展，以节省空间，减少外部元件数量，缩小系统尺寸并减少维护。

图3说明了如何利用立锜科技开发的高度集成的SiC sIPM显著减小电机的PCB尺寸和电机驱动外部元件的数量。该 SiC sIPM 在 100W 输出功率下可实现 99% 的效率，并改善了 EMI，并且感测温度仅比环境温度高 14.4°C。

图 3 立锜科技开发的一体化全SiC智能电源模块（简称全SiC sIPM）的驱动板，安装在空气滤清器电机上。这款完整的SiC sIPM集成了FastSiC提供的六个SiC MOSFET和一个基于ARM的32位Cortex-M0 CPU，具有60MHz的频率，16kB的存储器，4kB的SRAM，带嵌入式电机控制库的内部ROM，7个通道的10位ADC，一个8位DAC通道，具有UVLO和死区互锁算法的高/低侧栅极驱动器， 和传播延迟匹配策略。

图4显示，功率级中使用的六个SiC MOSFET仅占用封装的小尺寸。这表明可以进一步减小封装尺寸，或者可以保持封装尺寸，但可以使用较低的Rdson SiC MOSFET来增加输出功率水平。在600V/650V电平下，当芯片尺寸相同时，SiC MOSFET可以很容易地实现Rdson，只有GaN晶体管的1/2至1/4和Si MOSFET的1/5至1/50。SiC MOSFET在热、EMI、空间和抗噪声方面提供的优势有助于提高这些高度集成功率级的性能，并为这些解决方案提供了机会，使其能够达到更高的功率水平，例如用于机器人的工业伺服电机驱动，在这些应用中，帮助摆脱笨重和昂贵的电缆的建议将受到欢迎。

图 4全碳化硅 sIPM 的 23 引脚 SOP 塑料封装主体，其中 6 个碳化硅 MOSFET 用于 3 相桥功率级。这款全碳化硅 sIPM 的尺寸为 29 x 12 x 3.3mm，预计将提供高达 250W 的输出功率。