在功率电子领域，一场技术变革正在发生：在越来越多的应用中，GaN和SiC等第三代宽禁带半导体器件正在逐步替代传统的硅（Si）基器件，扮演越来越重要的角色。在需要较高电压和功率的电动车、白色家电、通信基础设施、可再生能源、数据中心等领域，SiC更是表现出强劲的实力。

SiC器件的性能优势
    从下图可以看出，与Si材料相比，SiC有两个突出优势：一是SiC的高禁带宽度（是Si的3倍）带来了更高的击穿电压、温度和功率等级；二是SiC具有更高的热导率，有利于功率器件热性能的提升，以支持更高电流密度的应用。

    基于这样的性能优势，用SiC打造的开关器件（如MOSFET）与硅基器件相比，自然也是具有诸多优势：
    • SiC击穿电压更高，这意味着可以更轻薄的器件来支持更高的电压。
    • SiC器件具有较小的裸片尺寸和较低的寄生电容，以及更低的导通电阻，这可以带来更低的开关损耗，提供更高的效率。
    • 在给定的电压和电阻等级，SiC功率器件能够在更高的开关频率下运行，因此允许采用体积更小的外围无源元件，从而减小整个系统的尺寸及成本。
    • 得益于出色的热性能，SiC器件能够在更高的环境温度下正常工作，有助于简化散热系统设计。
    简而言之，SiC功率器件具有高电压阻断能力、低导通损耗、低开关损耗和高导热性，因此可以为功率电子应用提供更高的效率、更出色的散热性能，以及更高的功率密度，帮助用户突破硅基器件的性能天花板。
    也正因为此，众多功率电子行业的“玩家”都在积极探索采用SiC技术替代硅基工艺，开发一系列功率器件，如BJT、JFET、MOSFET和IGBT等。不过，SiC商用器件的开发毕竟是一个全新的课题，想要实现从Si到SiC技术的丝滑升级，还需要做大量的功课。
    实现这一技术迭代的关键着力点主要有两个方面：一个是降低成本，包括SiC器件自身的成本，以及应用开发中的配套成本（如栅极驱动器）；另一个方面，就是要根据目标应用，充分发挥出SiC的优势特性，开发出差异化的产品，为开发者提供更大的选择空间。

通往SiC技术的新路径
    目前，在向SiC技术迈进的过程中，SiC MOSFET是很多厂商的“必选项”，这是因为与Si MOSFET相比，其具有耐压高、导通电阻低、开关频率高等突出优势，且应用范围非常广泛。
    不过，如上文所述，SiC MOSFET并不是“从Si向SiC丝滑升级”的唯一选项，Qorvo就选择了从SiC JFET入手，探索出一条与众不同的新路径。
    众所周知，JFET是一种常开型晶体管，是利用栅极PN结耗尽层实现开关控制，同时正常状态下单极性导电，与MOSFET相比，此类器件具有良好的高频特性，且由于不需要栅氧层，其可靠性更优，导通电阻也会更小。
    但是开发SiC JFET时面临着一个挑战：相较于SiC MOSFET，常开型的SiC JFET在器件阻断时需要施加较大的负向偏置，以使得沟道区域完全夹断，因此无法与现有功率器件（如MOSFET、IGBT等）的驱动电路兼容，这无疑会增加SiC JFET器件应用开发的难度。
    为此，Qorvo采用了一种巧妙的方法——基于独特的“共源共栅结构”电路配置，将一个常开型SiC JFET器件与一个硅基MOSFET垂直级联、共同封装，形成一个集成的常关型SiC FET器件，使得器件的驱动可以与硅基MOSFET / IGBT器件兼容，很好的解决了这一SiC技术升级中的关键问题。

    从图3中，我们可以进一步了解Qorvo SiC FET与SiC MOSFET相比的差异化优势。
    首先，Qorvo的SiC JFET中没有SiC MOSFET的栅极氧化层，进而消除了沟道电阻，让裸片尺寸更为紧凑，这意味着对于给定的芯片尺寸，Qorvo SiC FET可提供更低的导通电阻（RDS(ON)）；也就是说，在相同的导通电阻条件下，Qorvo SiC FET所需的SiC裸片尺寸更小，这使得该器件可以采用TOLL和D2PAK等较小的封装形式，进一步强化SiC器件小型化的优势。
    此外，Qorvo的SiC FET与SiC MOSFET相比，还具有更低的输出电容，这使得其能够在低负载电流下以更快的开关速度工作，因此电容充电延迟时间更短。由此带来的好处是，减少了对电感器和电容器等较大体积无源元件的需求，使得终端设备能够实现更小的体积、更轻的重量、更低的成本，并获得更高的功率密度。

    总结一下，Qorvo SiC FET既具有SiC的性能优势，又通过独特的“Si MOSFET + SiC JFET”的垂直级联架构，构成了一款更“高能”的器件。这样的器件，对于功率应用的价值体现在：
    • 可采用标准硅栅极驱动器，这使得从Si到SiC的技术过渡更加顺畅，也为工程师提供了更大的设计灵活性。
    • 相同芯片面积下，具有更低的漏-源导通电阻 RDS(ON)，可进一步提升系统效率。
    • 更低的电容允许更快的开关速度、更高的工作频率，减小了对大体积无源元件的需求。
    • 可提供更高电压等级 (1,200V或更高），而与同级别硅基IGBT相比又具有更高的工作频率。

丰富的SiC FET产品组合
    UF3C系列是Qorvo高性能SiC FET中的代表产品，具有超低栅极电荷，非常适合开关感性负载和需要标准栅极驱动的应用。由于可以兼容标准栅极驱动器，因此UF3C系列SiC FET可真正实现对硅基IGBT、FET、MOSFET或超结器件的“丝滑平替”。
    该系列SiC FET提供650V、1,200V和1,700V多种耐压版本，以及D2PAK-3、D2PAK-7、D2PAK-7L、TO-247-3L、TO-247-4L和TO-220-3L等封装选项，可广泛应用于电动汽车充电、光伏逆变器、开关模式电源、功率因数校正模块、电机驱动器和感应加热等功率电子系统。

    值得一提的是，Qorvo不断发展这种共源共栅结构SiC FET的产品组合，既包括采用平面工艺的第3代产品（如UF3C），还包括性能更为出色的基于沟槽工艺的第4代产品。同时，Qorvo还提供丰富的产品系列，以满足不同应用场景所需：

UJ系列
    开关速度较慢，非常适合替代现有的非开尔文封装设计，如TO247-3L、D2PAK3L等。

UF系列
    具有更快的开关速度，适用于高开关频率、高效率和高功率密度应用。

UG系列
    有两个栅极引脚，分别用于SiC JFET和Si MOSFET。SiC JFET栅极引脚可实现非常宽的开关速度可控性。其目标应用是具有非常高的电流和相对较慢的dv/dt（<20V/ns）的场景，如电路保护等。

C/SC系列
    即并排共源共栅或堆叠共源共栅——字母“C”表示共源共栅结构并排封装了Si低压MOSFET和SiC高压JFET；字母“SC”表示共源共栅结构在SiC高压JFET芯片的顶部连接了一个Si低压MOSFET芯片，因此称为堆叠芯片。

E1B模块
    采用行业标准模块封装，与许多供应商产品引脚兼容，适合于ZVS软开关应用，如相移全桥、LLC等。

本文小结
    在功率半导体领域，从Si向SiC技术过渡已经是大势所趋，对此大家已经形成了共识。不过，如何让这个过程更“丝滑”，以尽可能少的成本从SiC身上获得尽可能大的收益——对于这个问题，不同的厂商则有自己不同的高招儿。
    对此，Qorvo给出的解决方案非常独特而巧妙，通过Si MOSFET + SiC JFET的共源共栅的架构，弥补了SiC MOSFET的性能短板，并与标准的硅基器件的栅极驱动器兼容，能够有效加速SiC器件设计导入的进程。
    从Si到SiC，该如何丝滑升级？你想要的答案就在这里——
    Qorvo UF3C SiC FET更多详情

免责声明： 本文章转自其它平台，并不代表本站观点及立场。若有侵权或异议，请联系我们删除。谢谢！     Disclaimer: This article is reproduced from other platforms and does not represent the views or positions of this website. If there is any infringement or objection, please contact us to delete it. thank you!     矽源特科技ChipSourceTek