不知道大家有沒有跟小編一樣，看到Si Mosfet、Si IGBT、SiC Mosfet出現(xiàn)后，就一直在想為啥沒有SiC IGBT？？？

首要說明SiC其實是可以做IGBT的，而我們看不到的原因是：因制備成本太高，且性能“過剩”，因此在大多數(shù)應用場合都“毫無競爭力”，因此目前無存活空間，所以你就基本看不到商業(yè)化的SiC IGBT了。

如下引用一段知乎上英飛凌的說明：“Si材料的Mosfet存在一個問題，即耐受電壓能力高了芯片就會相應地變厚，導通損耗也就很高，所以硅材料的Mosfet一般只能做低壓器件。

SiC是一種寬禁帶半導體材料，可以做到很高的耐壓下芯片還很薄，而現(xiàn)在SiC的Mosfet可以做到6500V耐壓，已經(jīng)能覆蓋現(xiàn)在的IGBT耐壓水平了，且Mosfet的芯片結(jié)構(gòu)比IGBT簡單，所以目前沒有必要用SiC來做IGBT浪費成本。除非以后需要10kV級別的器件才有可能考慮SiC的IGBT。”

接著知乎上一只硬件喵“T-BuNO3”的解釋也很不錯：“SiC IGBT已經(jīng)有了，但是只是在高耐壓開關(guān)的場合小范圍內(nèi)使用，例如某些換流站和牽引站，目前還沒有大規(guī)模的推廣碳化硅的IGBT。

我們現(xiàn)在的民用級別的電力電子設備多偏向低電壓大電流，在這個方向上，個人覺得氮化鎵半導體制成的MOSFET或IGBT可能更適合一些。”

PS：在實際生產(chǎn)中，除了本文提到的Si及SiC，還有眾多半導體材料可以供功率器件選擇，根據(jù)不同的應用場景可選擇不一樣的材料呢，例如最近很火的快充頭則是選用了氮化鎵這種材料。

igbt、mosfet與BJT的區(qū)別？

上文說了幾個名詞，下文來補充說明一下那幾個名詞之間的關(guān)系。作為半導體行業(yè)的重要細分領(lǐng)域，功率半導體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)換與電路控制的核心，而“功率半導體界”鼎鼎有名當屬igbt、mosfet與BJT。相對于邏輯芯片，功率半導體追趕的技術(shù)難度相對較小，國內(nèi)配套的產(chǎn)業(yè)鏈也更完整。在行業(yè)屬性方面，功率半導體不需要追趕摩爾定律，大多采用成熟工藝，更加倚重制程工藝、封裝設計和新材料迭代，整體趨向集成化、模塊化。

略去很多復雜的說明，總的來說BJT出現(xiàn)在MOSFET之前，而MOSFET出現(xiàn)在IGBT之前，這三者雖然在之前的基礎上進行了改進，但并非是完全替代的關(guān)系，三者在功率器件市場都各有所長，應用領(lǐng)域也不完全重合。因此，在時間上可以將其看做祖孫三代的關(guān)系，但在技術(shù)、應用等方面更像是并列關(guān)系。

發(fā)展到現(xiàn)在，Si MOSFET主要應用于中小功率場合如電腦功率電源、家用電器等，具有門極輸入阻抗高、驅(qū)動功率小、電流關(guān)斷能力強、開關(guān)速度快、開關(guān)損耗小等優(yōu)點。隨著下游應用發(fā)展越來越快，Si MOSFET的電流能力顯然已經(jīng)不能滿足市場需求。為了在保留Si  MOSFET優(yōu)點的前提下降低器件的導通電阻，人們曾經(jīng)嘗試通過提高Si MOSFET襯底的摻雜濃度以降低導通電阻，但襯底摻雜的提高會降低器件的耐壓，這顯然不是理想的改進辦法。但是如果在Si MOSFET結(jié)構(gòu)的基礎上引入一個雙極型BJT結(jié)構(gòu)，就不僅能夠保留Si MOSFET原有優(yōu)點，還可以通過BJT結(jié)構(gòu)的少數(shù)載流子注入效應對n漂移區(qū)的電導率進行調(diào)制，從而有效降低n漂移區(qū)的電阻率，提高器件的電流能力。簡單的說用人們將MOSFET與BJT結(jié)合后，制備了性能更為特別的Si IGB。在不斷的改進后，目前IGBT已經(jīng)能夠覆蓋從600V—6500V的電壓范圍（如用于低壓下Si IGBT并沒有占便宜哦 ），應用涵蓋從工業(yè)電源、變頻器、新能源汽車、新能源發(fā)電到軌道交通、國家電網(wǎng)等一系列領(lǐng)域。IGBT憑借其高輸入阻抗、驅(qū)動電路簡單、開關(guān)損耗小等優(yōu)點在龐大的功率器件世界中贏得了自己的一片領(lǐng)域。在工業(yè)領(lǐng)域，使用IGBT的變速驅(qū)動器越來越多地取代工業(yè)應用中的傳統(tǒng)電機：其可以顯著提高能效，精確控制工業(yè)電機，節(jié)約約20—30%的能源消耗。

而后來發(fā)展起來的SiC mosfet 與 Si IGBT 的應用近乎重合，但SiC元件由于具備高導熱特性，加上材料具有寬能隙特性而能耐高壓與承受大電流，更符合高溫作業(yè)應用與高能效利用的要求，于是眾家觀點都統(tǒng)一認為，隨著碳化硅器件工藝技術(shù)的成熟，SiC成本下降是必然的趨勢，因此SiC mosfet將會慢慢蠶食掉 Si IGBT，只是時間長短而已。

哦，上文貌似忘記給BJT說明一下了。由于BJT 是雙極性器件，在工作過程中，器件結(jié)構(gòu)漂移區(qū)中注入載流子的貯存時間，導致其不能在高頻下工作。BJT是最老的開關(guān)器件，目前由于國內(nèi)仍有一批尚未淘汰的BJT生產(chǎn)線沒有停產(chǎn)，仍然活躍于低端市場。低壓BJT開關(guān)頻率可以較高，但由于飽和CE壓降高達0.4V以上而遠遜于MOSFET，只被用在最低端領(lǐng)域。高壓BJT驅(qū)動麻煩，需使用低壓大電流的電流源驅(qū)動，一般使用變壓器驅(qū)動，在驅(qū)動不當或電壓應力過大時容易發(fā)生二次擊穿而失效，適合中功率(50~1000W)，對成本極度敏感的市場。

功率半導體的應用場景

近年來，萬物互聯(lián)的呼聲越來越高，以汽車、高鐵為代表的交通工具，以光伏、風電為代表的新能源領(lǐng)域，以手機為代表的通信設備，以電視機、洗衣機、空調(diào)、冰箱為代表的消費級產(chǎn)品，都在不斷提高電子化水平，其中又以新能源汽車的高度電子化最為引人注目；與此同時，工業(yè)、電網(wǎng)等傳統(tǒng)行業(yè)也在加速電子化進程。

幾乎全行業(yè)的電子化發(fā)展，勢必大大增加了對功率半導體器件的需求。目前全球的功率半導體器件主要由歐洲、美國、日本三個國家和地區(qū)提供，他們憑借先進的技術(shù)和生產(chǎn)制造工藝，以及領(lǐng)先的品質(zhì)管理體系，大約占據(jù)了全球70％的市場份額。

而在需求端，全球約有35％的功率半導體器件產(chǎn)能被中國大陸所消耗，是全球最大的需求大國，但其自給率卻僅有10％，嚴重依賴進口。

↓↓功率半導體主要產(chǎn)品的特性及應用領(lǐng)域

什么場景其實想要 SiC IGBT

經(jīng)過上文的啰嗦啰嗦。我們大概知道，成本是目前 SiC IGBT“生存”的最為關(guān)鍵的因素！那是否有SiC IGBT的潛在的應用方向呢？其實，需要10kv的應用領(lǐng)域是真實存在的，如電力電子變壓器（Power Electronic Transformer，PET）， 也稱固態(tài)變壓器或者智能變壓器。

PET 一般應用于中高壓場合，電力機車牽引用的車載變流器；智能電網(wǎng) / 能源互聯(lián)網(wǎng)以及分布式可再生能源發(fā)電并網(wǎng)等。目前，采用Si IGBT，PET 面臨著如下瓶頸：電能轉(zhuǎn)換效率低、功率密度低和可靠性差等。而瓶頸產(chǎn)生的主要因素是應用其中的功率半導體器件的耐壓水平有限，導致 10kV 電壓需要采用多單元級聯(lián)的拓撲，從而導致了功率器件、儲能電容、電感等數(shù)量相當?shù)凝嫶蟆iC MOS 的通態(tài)電阻會大幅度增加，導致的損耗會很大，使得其并不適合以 10kV 以上電壓的設備。而 SiC IGBT 將會有優(yōu)越的通態(tài)特性，以及開關(guān)速度和良好的安全工作區(qū)域，在 10kV~25kV 的場合“大顯身手”，有望使目前電力電子變壓器更上一層樓，因此在該領(lǐng)域的應用或許是SiC IGBT的機會所在。其實SiC IGBT的發(fā)展至少也有30年了，大眾視野中很少會提及到SiC IGBT產(chǎn)品，并不是沒有，只是太多事情是我們目不可及的。就目前而言，SiC器件的制成還有著很多難點需要等待突破和解決呢。

參考資料

1、為什么不用sic做igbt? 英飛凌；www.zhihu.com

2、三極管，MOSFET, IGBT的區(qū)別？橘子說IGBT；www.zhihu.com

3、SiC IGBT--PET的未來？羅姆半導體社區(qū)

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