碳化硅為代表的第三代寬禁帶半導體，可在更高溫度、電壓及頻率環境正常工作，同時消耗電力更少，持久性和可靠性更強，將為下一代更小體積、更快速度、更低成本、更高效率的電力電子產品提供飛躍的機遇。

碳化硅電力電子器件技術的進步及產業化，將在高壓電力系統開辟全新應用，對電力系統變革產生深遠影響。碳化硅電力電子器件優異的高效、高壓、高溫和高頻特性，使其在家用電器、電機節能、電動汽車、智能電網、航天航空、石油勘探、自動化、雷達與通信等領域有很大應用潛力。

碳化硅電力電子器件介紹：

1.碳化硅(SiC)的定義

碳化硅(SiC)電力電子器件是指采用第三代半導體材料SiC制造的一種寬禁帶電力電子器件，具有耐高溫、高頻、高效的特性。按照器件工作形式，SiC電力電子器件主要包括功率二極管和功率開關管。功率二極管包括結勢壘肖特基(JBS)二極管、PiN二極管和超結二極管;功率開關管主要包括金屬氧化物半導體場效應開關管(MOSFET)、結型場效應開關管(JFET)、雙極型開關管(BJT)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、門極可關斷晶閘管(GTO)和發射極可關斷晶閘管(ETO)等。

2.技術優勢

碳化硅半導體的優異性能使得基于碳化硅的電力電子器件與硅器件相比具有以下突出的優點：

（1）具有更低的導通電阻。在低擊穿電壓(約50V)下，碳化硅器件的比導通電阻僅有1.12uΩ，是硅同類器件的約1/100。在高擊穿電壓(約5kV)下，比導通電阻提高到25.9mΩ，卻是硅同類器件的約1/300。更低的導通電阻使得碳化硅電力電子器件具有更小的導通損耗，從而能獲得更高的整機效率。

（2）具有更高的擊穿電壓。例如：商業化的硅肖特基二極管通常耐壓在300V以下，而首個商業化的碳化硅肖特基二極管的電壓定額就已經達到了600V;首個商業化的碳化硅MOSFET電壓定額為1200V，而常用的硅MOSFET大多在1kV以下。

（3）更低的結-殼熱阻，使得器件的溫度上升更慢。

（4）更高的極限工作溫度，碳化硅的極限工作穩定可有望達到600℃以上，而硅器件的最大結溫僅為150℃。

（5）更強的抗輻射能力，在航空等領域應用可以減輕輻射屏蔽設備的重量。

（6）更高的穩定性，碳化硅器件的正向和反向特性隨溫度的變化很小。

（7）更低的開掛損耗。碳化硅器件開關損耗小，在幾十千瓦功率等級能夠工作在硅器件難以實現的更高開關頻率(>20kHz)狀態。

3.主要分類

（1）碳化硅肖特基二極管

肖特基勢壘二極管(SBD)作為一種單極性器件，在導通過程中沒有額外載流子注入和儲存，因而基本沒有反向恢復電流，其關斷過程很快，開關損耗很小。但是硅的肖特基勢壘較低，硅SBD的反向漏電流偏大，阻斷電壓較低，只能用于一二百伏的低壓場合在電壓較高的場合通常采用PiN二極管，但其反向恢復電流較大，開關損耗大。由于碳化硅材料的臨界雪崩擊穿電場強度較高，制作反向擊穿電壓超過1000V的碳化硅SBD相對比較容易。

基于SiC的這些獨特優勢，Cree等半導體器件商生產出單個器件電流等級1-20A，電壓等級為300V、600V和1200V的高壓SiC肖特基二極管產品，表1給出了目前國際上主要的碳化硅SBD制造商和其商業化器件的水平，其中Cree公司剛剛推出其最新的1700V電壓等級的碳化硅SBD。在高壓開關應用中，SiC肖特基二極管能提供近乎理想的性能。它幾乎沒有正向恢復電壓，因而能夠立即導通，不同于結電容，它的儲存電荷也非常小，能迅速關斷。

碳化硅器件的典型應用！

1.5G基建——通信電源

通信電源是服務器、基站通訊的能源庫，為各種傳輸設備提供電能，保證通訊系統正常運行。碳化硅MOSFET的高頻特性使得電源電路中的磁性單元體積更小、重量更輕，電源整體效率更高；碳化硅肖特基二極管反向恢復幾乎為零的特性使其在許多PFC電路中具有廣闊的應用前景。例如，在3kW高效通信電源無橋交錯PFC電路中，使用650V/10A碳化硅肖特基二極管，可以幫助客戶實現滿載效率大于等于95%的高技術要求。

2.新能源汽車充電樁——充電樁電源模塊

新能源汽車行業的快速發展帶動了充電柱的需求增長，對新能源電動汽車而言，提升充電速度和降低充電成本是行業發展的兩大目標。在充電樁電源模塊中使用碳化硅器件，可以實現充電樁電源模塊的高效化和高功率化，進而實現充電速度的提升和充電成本的降低。

3.大數據中心、工業互聯網——服務器電源

服務器電源是服務器能源庫，服務器提供電能，保證服務器系統正常運行。在服務器電源中使用碳化硅功率器件，可以提升服務器電源的功率密度和效率，整體上縮小數據中心的體積，實現數據中心整體建設成本的降低，同時實現更高的環保效率。例如，在3kW服務器電源模塊中，在圖騰柱PFC中使用碳化硅MOSFET可以顯著提升服務器電源的效率，實現更高的效率要求。

4．特高壓——應用柔性輸電直流斷路器

特高壓作為大型系統工程，將催發從原材料和元器件等一系列的需求，而功率器件是輸電端特高壓直流輸電中FACTS柔性輸電技術和變電端電力電子變壓器（PET）的關鍵器件。直流斷路器作為柔性直流輸電的關鍵部分之一，其可靠性對整個輸電系統的穩定性有著較大影響。使用傳統硅基器件設計直流斷路器需要多級子單元串聯，在直流斷路器中使用高電壓碳化硅器件可以大大減少串聯子單元數量，是行業研究的重點方向。

無錫國晶微半導體技術有限公司是寬禁帶第三代半導體碳化硅SiC功率器件、氮化鎵GaN光電器件以及常規集成電路研發及產業化的高科技創新型企業，從事碳化硅場效應管，碳化硅肖特基二極管、GaN光電光耦繼電器、單片機集成電路等產品芯片設計、生產與銷售并提供相關產品整體方案設計配套服務，總部位于江蘇省無錫市高新技術開發區內，并在杭州、深圳和香港設有研發中心和銷售服務支持中心及辦事處。

公司具有國內領先的研發實力，專注于為客戶提供高效能、低功耗、低阻值、品質穩定的碳化硅高低功率器件及光電集成電路產品，同時提供一站式的應用解決方案和現場技術支持服務，使客戶的系統性能優異、靈活可靠，并具有成本競爭力。

公司的碳化硅功率器件涵蓋650V/2A-100A，1200V/2A-90A，1700V/5A-80A等系列，產品已經投入批量生產，產品完全可以對標國際品牌同行的先進品質及水平。先后推出全電流電壓等級碳化硅肖特基二極管、通過工業級、車規級可靠性測試的碳化硅MOSFET系列產品，性能達到國際先進水平，應用于太陽能逆變電源、新能源電動汽車及充電樁、智能電網、高頻電焊、軌道交通、工業控制特種電源、國防軍工等領域。由于其具有高速開關和低導通電阻的特性，即使在高溫條件下也能體現優異的電氣特性，大幅降低開關損耗，使元器件更小型化及輕量化，效能更高效，提高系統整體可靠性，可使電動汽車在續航里程提升10%，整車重量降低5%左右，并實現設計用充電樁的高溫環境下安全、穩定運行。

特別在高低壓光耦半導體技術方面更是擁有業內領先的研發團隊。在國內創先設計開發了28nm光敏光柵開關PVG芯片技術，并成功量產應用于60V、400V、600V高低壓、低內阻、低電容的光電耦合繼電器芯片、涵蓋1500kVrmsSOP超小封裝及3750kVrms隔離增強型常規SMD、DIP等不同封裝，單路、雙路、混合雙路、常開常閉等電路產品，另包括200VSOIMOS/LIGBT集成芯片、100VCMOS/LDMOS集成芯片、8bit及32bit單片機等集成電路產品，均獲得市場及各重點科研單位、檢測機構的新產品認定。

公司核心研發團隊中大部分工程師擁有碩士及以上學位，并有多名博士主持項目的開發。公司建立了科技創新和知識產權管理的規范體系，在電路設計、半導體器件及工藝設計、可靠性設計、器件模型提取等方面積累了眾多核心技術，擁有多項國際、國內自主發明專利。

“國之重器，從晶出發，自強自主，成就百年”是國晶微半導體的企業目標，我們為員工提供精彩的發展空間，為客戶提供精良的產品服務，我們真誠期待與您攜手共贏未來。

　　審核編輯：湯梓紅