SiC功率半导体器件的优势及发展前景
SiC功率半导体器件的优势和发展前景
SiC功率半导体器件的优势和发展前景SiC（碳化硅）功率半导体器件是一种新兴的半导体材料，具有许多优势和广阔的发展前景。
以下是SiC功率半导体器件的优势和发展前景。
1.高温工作能力：与传统的硅功率半导体器件相比，SiC器件能够在高温环境下工作，其工作温度可达到300摄氏度以上。
这使得SiC器件在航空航天、军事装备和汽车等应用领域具有巨大的潜力。
2.高电压耐受能力：SiC器件具有更高的击穿电场强度和较低的导通电阻，可以实现更高的电压耐受能力。
这使得SiC器件在高压和高电场应用中具有优势，如电力电子转换、电力传输和分配、电网充放电和电动车充电等。
3.高频特性：由于SiC材料的电子迁移率和终端速度较高，SiC器件具有优秀的高频特性。
这使得SiC器件在高频交流/直流转换器和射频功率放大器中具有广泛的应用。
4.低导通和开启损耗：SiC材料的电阻率较低，电流密度较大。
这导致SiC器件在导通过程中的能耗更低，进而减少了开关损耗。
相对于硅器件，SiC器件具有更高的效率和更小的温升。
这使得SiC器件在能源转换和电源管理领域具有潜在的应用前景。
5.小体积和轻量化：SiC器件的小体积和轻量化特性，使得其在高功率密度应用和紧凑空间条件下的应用更具优势。
这对于电动汽车、风力和太阳能发电系统、飞机和船舶等领域都有重要意义。
6.高可靠性和长寿命：由于SiC器件的抗辐射、抗高温、耐压击穿和抗电荷扩散等特性，它具有较高的可靠性和长寿命。
这对于军事装备、航空航天和核电等关键领域的应用具有重要意义。
SiC功率半导体器件的发展前景广阔。
随着科技的不断进步和物联网的快速发展，对于功率器件的要求愈发严苛。
在电力转换、能源管理和电动汽车等领域，对功率器件的需求将进一步增加，而SiC器件作为一种高温、高电压和高频特性都优异的功率半导体器件，将有望取代传统的硅器件，成为未来功率电子的主流。
此外，随着SiC材料的制备工艺和工艺技术的不断改进，SiC器件的成本也在逐渐下降。
SiC功率半导体器件发展历程、优势和发展前景
SiC肖特基二极管同Si超快恢复二极管的比较
二极管
高阻断电压 高开关速度
高温时稳定性好
3) 单极场效应晶体管
这里指的是MESFET(金属 半导体接触场效应晶体管) 及JFET(结型效应晶体管),它 们的结构见右图。 采用SIC特别适合制作这二 种高压大电流器件。同样, 飘移区在决定它们的优良 特性方面起决定作用。不 过这二种器件通常是常导 通型,不适合直接用于开关。 但是它们可以同低压功率 MOSFET结合构成一种常截 止型器件,因而发展这二种 高压大电流器件有重要的 意义。
右图示出4H-SIC及SI的平 面功率同 MOSFET的比导通 电阻的比较。可以看出，对 容易实现的电子迁移率 µINV=10CM2/V.S， 在1000V击 穿电压时，4H-SIC器件的比 导通电阻为SI器件的几十分 之一。而当µINV=100CM2/V.S 时，4H-SIC器件的比导通电 阻比SI器件的小100倍以上。
单相HERIC-Inverter效率
当MOSFET高温时，采 用MOSFET和JFETs 的 效率相等 测量结果包括辅助 源的损耗
效率与温度的关系(HERIC®-逆变器)
最高效率和温度无关 更小的散热装置 损耗减半 散热装置温度可以更高
效率与电压关系(HERIC®-逆变器)
SiC晶体管最高效 率与直流电压关系 不大
采用槽深1µM栅条0.6µM的4H- SIC 3KV MESFET ,其比导通电阻为 1.83MΩ-CM2,在栅压为-4V时电流为1.7X104A/CM2,截止偏压为-24V.
采用结深1µM栅条0.6µM的4H- SIC 3KV JFET，其比导通电阻为 3.93MΩ-CM2。 这些特性大大优于同类SI器件的特性。
示例1
碳化硅功率半导体
碳化硅功率半导体1. 碳化硅的特性和优势碳化硅（Silicon Carbide，SiC）是一种新型的半导体材料，其具有许多传统硅（Silicon，Si）材料所不具备的特性和优势。
主要特性和优势如下：1.1 宽带隙能量碳化硅具有较高的带隙能量，约为3.26电子伏特（eV），相比之下，硅的带隙能量仅为1.12eV。
宽带隙能量使得碳化硅具有更高的击穿电压和更低的漏电流，从而提高了功率半导体器件的性能。
1.2 高电子流动度和低电子迁移率碳化硅的电子流动度是硅的10倍以上，这意味着碳化硅器件可以承受更高的电流密度，从而实现更高的功率输出。
此外，碳化硅具有较低的电子迁移率，可以减小电流密度增加时的电阻增加效应。
1.3 高热导率和低热膨胀系数碳化硅具有较高的热导率和较低的热膨胀系数，使得碳化硅器件在高温工作环境下具有较好的热稳定性。
这使得碳化硅功率半导体器件可以在高功率、高温条件下工作，而不容易出现热失效问题。
1.4 高耐压和高温工作能力碳化硅具有较高的击穿电压，可以承受更高的电压应力。
此外，碳化硅器件的工作温度范围更广，可达到300摄氏度以上，远高于硅器件的极限。
2. 碳化硅功率半导体器件碳化硅功率半导体器件是利用碳化硅材料制造的功率电子器件，主要包括碳化硅二极管、碳化硅MOSFET、碳化硅IGBT等。
这些器件在高功率、高频率和高温度环境下具有优异的性能，广泛应用于电力电子、新能源、汽车电子等领域。
2.1 碳化硅二极管碳化硅二极管是最早商业化生产的碳化硅器件，其主要特点是低导通压降、快速开关速度和高耐压能力。
碳化硅二极管可以替代传统硅二极管，提高功率转换效率，减小能量损耗。
2.2 碳化硅MOSFET碳化硅MOSFET是一种基于金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）结构的功率半导体器件。
碳化硅MOSFET具有低导通电阻、快速开关速度和高耐压能力的特点，可应用于高频率开关电源、电动汽车驱动系统等领域。
2.3 碳化硅IGBT碳化硅绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种结合了碳化硅和硅的功率半导体器件。
碳化硅半导体的介绍及发展前景
灵敏的，创新的
一些小型的，具有创新精神的公司往往会对先进技术产生促进作用。在SiC领域内， 一个这样的例子是Arkansas Power Electronics International Inc。APEI专攻对于使用 SiC器件作为核心技术的高性能功率电子系统的开发。APEI公司的总裁Alexander B. Lostetter博士说：“APEI公司特别关注那些用于极端环境（温度高于500℃或更高） 和/或具有很高功率密度的应用场合的技术。”
发展及前景
关于碳化硅的几个事件 1905 1905年 第一次在陨石中发现碳化硅 1907年 第一只碳化硅发光二极管诞生 1955年 理论和技术上重大突破，ＬＥＬＹ提出生长高品质碳化概念，从此将Ｓ IC作为重要的电子材料 1958年 在波士顿召开第一次世界碳化硅会议进行学术交流 1978年 六、七十年代碳化硅主要由前苏联进行研究。到1978年首次采用“ＬＥ ＬＹ改进技术”的晶粒提纯生长方法 1987年～至今以ＣＲＥＥ的研究成果建立碳化硅生产线，供应商开始提供商品 化的碳化硅基
Байду номын сангаас 图1 黑碳化硅
碳化硅由于化学性能稳定、导热系数高、热膨胀系数小、耐磨性能好，除作磨料 用外，还有很多其他用途，例如：以特殊工艺把碳化硅粉末涂布于水轮机叶轮或 汽缸体的内壁，可提高其耐磨性而延长使用寿命1～2倍；用以制成的高级耐火材 料，耐热震、体积小、重量轻而强度高,节能效果好。低品级碳化硅（含SiC约85％） 是极好的脱氧剂，用它可加快炼钢速度，并便于控制化学成分，提高钢的质量。 此外，碳化硅还大量用于制作电热元件硅碳棒。 碳化硅的硬度很大，具有优良的导热性能，是一种半导体，高温时能抗氧化。
研究的结果证实了更高开关频率的可能性，在以前，更高的开关频率一直受限于纯 硅二极管的反向恢复损耗。Err限制了在减小开启损耗上的进一步发展。Skibinski解 释道：“硅模块的供给商推荐使用一个门电阻Rgate (例如25 ，来平衡IGBT的开启能 量损耗(Eon) 关断能量损耗(Eoff)。”然而对于SiC二极管，门电阻Rgate就可以省往不 用了。 他说：“SiC二极管能够降低总功率损耗(Eon+Err+Eoff)，这一特性仔驱动上的应用 有着潜伏优点。”首先，在使用同样的制冷系统的条件下，它可以达到4倍的开关 频率，可以使前置电磁滤波用具有更好的性能、更小的体积和更低的价格。或者， 你也可以保存现在的开关频率和制冷系统，这样就可以得到更高的效率和稳定性、 更低的损耗、更高的额定输出。降低的总功率损耗可以潜伏地降低制冷花费。 Yaskawa Electric是另一个采用SiC技术的驱动生产商，他把SiC技术应用于雷达屏幕 上。Yaskawa Electric总结SiC的基本的优点有：高工作温度、高开关速度、在导通和 开关模式下都具有更低的损耗，这些是驱动系统更加有效率。
SiC技术的优点、缺点介绍
高效SiC技术的介绍和分析摘要：随着电力电子变换系统对于效率和体积提出更高的要求，SiC（碳化硅）将会是越来越合适的半导体器件。
尤其针对光伏逆变器和UPS应用，SiC器件是实现其高功率密度的一种非常有效的手段。
本文主要介绍SiC技术优点、缺点及目前应用层面的一些瓶颈。
1.引言由于SiC相对于Si的一些独特性，对于SiC技术的研究，可以追溯到上世界70年代。
简单来说，SiC主要在以下3个方面具有明显的优势:击穿电压强度高（10倍于Si）更宽的能带隙（3倍于Si）热导率高（3倍于Si）这些特性使得SiC器件更适合应用在高功率密度、高开关频率的场合。
当然，这些特性也使得大规模生产面临一些障碍，直到2000年初单晶SiC晶片出现才开始逐步量产。
目前标准的是4英寸晶片，但是接下来6英寸晶片也要诞生，这会导致成本有显着的下降。
而相比之下，当今12英寸的Si晶片已经很普遍，如果预测没有问题的话，接下来4到5年的时间18英寸的Si晶片也会出现。
Vincotech公司十几年前就已经采用SiC二极管来开发功率模块。
SiC二极管由于其卓越的反向恢复特性，可以有效的减小它本身的开关损耗和IGBT的开关损耗。
SiC肖特基二极管虽然已经应用了很多年，但是还需要进一步改善价格来获得更广阔的市场。
最近几年的主要研究和应用是基于SiC的有源开关器件，比如SiC MOSFET和SiC JFET. 从目前电压等级4Kv以下的应用来看，SiC MOSET有打败SiC JFET的势头。
SiC MOSFET有着卓越的开关损耗和超小的导通损耗。
SiC MOSFET大批量商业化的最大障碍目前还是由于其居高不下的价格。
然而我们还是要综合评估整个系统成本，因为SiC MOSFET还是带来系统整个体积和其他成本的下降。
文本会介绍一些SiC和Si在效率、损耗方面的对比来证明SiC在高频应用上的优势。
采用boost模型，对比分析SiC和Si器件的损耗我们来看一下boost电路。
中国碳化硅功率半导体产业运营现状及发展前景分析报告
中国碳化硅功率半导体产业运营现状及发展前景分析报告一、产业运营现状目前，中国碳化硅功率半导体产业已经形成了一定的规模，具备了较强的研发和生产能力。
随着国内厂商的不断涌现，中国已经成为全球碳化硅功率半导体产业的最大市场之一、在技术研发方面，中国企业在碳化硅功率半导体芯片设计、制造工艺和封装等方面取得了重要突破，形成了一些具有自主知识产权的核心技术。
在生产能力方面，中国企业已经建成了一系列的生产线，能够满足国内市场需求，并开始涉足国际市场。
此外，中国在碳化硅外延片和碳化硅单晶生长技术方面也有独特的优势，为产业发展提供了坚实的基础。
二、发展前景分析1.技术突破：中国的碳化硅功率半导体产业仍然存在与国际巨头的差距，未来需要继续在芯片设计、制造工艺和封装等方面进行技术突破。
国家政府应加大对产业的支持力度，加强科研机构和企业之间的合作，提升技术创新能力。
2.市场需求：随着我国电力系统和新能源领域的快速发展，碳化硅功率半导体的应用需求呈现出快速增长趋势。
特别是在电动汽车、光伏发电、风能转换和工业自动化等领域，碳化硅功率半导体有着广阔的市场空间。
因此，未来产业的发展前景十分乐观。
3.政策支持：中国政府高度重视碳化硅功率半导体产业的发展，出台了一系列政策和措施，鼓励企业加大研发投入，加速产业化进程。
例如，国家“千人计划”和“集成电路产业发展促进计划”等政策都对碳化硅功率半导体产业进行了明确的支持。
4.国际竞争：虽然中国在碳化硅功率半导体产业已经取得了一定的实力，但与国际巨头如美国的Cree和德国的Infineon相比，还存在一定的差距。
在国际市场上，中国企业需要在技术、品牌和服务等方面不断提升，并加强国际合作，以进一步扩大市场份额。
结论：中国碳化硅功率半导体产业正处于快速发展的阶段，取得了显著的成就，并展现出广阔的发展前景。
未来，企业应继续加强技术研发，提高产品品质，不断拓展市场，同时加强合作，提升国际竞争力，努力将中国打造成为碳化硅功率半导体产业的领军国家。
功率半导体在新能源汽车上的应用及发展趋势
功率半导体在新能源汽车上的应用及发展趋势随着新能源汽车的发展，功率半导体在其上的应用逐渐增多。
功率半导体器件包括晶闸管、IGBT（绝缘栅双极性晶体管）、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和SiC （碳化硅）等，其主要作用是实现能量的变换、传递和控制。
在新能源汽车电动化的过程中，功率半导体器件被广泛应用于电动机驱动、汽车充电桩、车载充电器等领域。
其中，IGBT是最常用的功率半导体器件之一，可以实现高压、大电流的开关控制。
IGBT可与MOSFET相结合形成无感应无级变速器，提高了汽车的能效。
另外，SiC技术的发展也为汽车领域带来了新的变革。
SiC功率半导体器件比传统的硅器件拥有更好的导电、耐放热和抗辐照性能。
而且，SiC器件在高温、高电压和高频环境下的性能更加出色，可用于快速充电和快速放电，提高了新能源汽车的行驶距离和充电速度。
随着新能源汽车市场的发展，功率半导体在其上的应用也将不断增加，越来越多的新技术和新材料将被投入使用，以满足汽车行业对高效、低耗、高性能的需求。
基于智能、绿色和安全的原则，未来的发展趋势将主要表现在以下几个方向：1、功率器件的集成化发展。
通过集成化设计，减少不必要的反复连接和信号传递，提高了器件的可靠性和效率。
2、能量管理技术的完善。
包括电池管理、充电管理和功率管理等，以实现相互配合和优化调节，降低能量浪费和污染排放。
3、封装和散热技术的提升。
采用新型散热材料和散热设计，提高功率半导体器件的散热效率，保持器件的稳定运行。
4、新材料的应用。
如碳化硅、氮化镓等，这些新材料拥有更高的工作温度、功率密度和可靠性，能够满足未来汽车行业对高效、低耗电的需求。
5、智能化应用。
基于人工智能、物联网技术，实现汽车驾驶行为的预测和控制，使得汽车的运行更加高效和安全。
总之，功率半导体在新能源汽车上的应用将是一个全面和快速发展的过程。
汽车行业和半导体行业的合作将会在这一领域持续深入，带动新能源汽车的创新和发展。
全球及中国碳化硅(SiC)行业现状及发展趋势分析
全球及中国碳化硅（SiC）行业现状及发展趋势分析一、碳化硅产业概述碳化硅是一种无机物，化学式为SiC，是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑（生产绿色碳化硅时需要加食盐）等原料通过电阻炉高温冶炼而成。
碳化硅是一种半导体，在自然界中以极其罕见的矿物莫桑石的形式存在。
自1893年以来已经被大规模生产为粉末和晶体，用作磨料等。
在C、N、B等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅是应用最广泛、最经济的一种，可以称为金钢砂或耐火砂。
中国工业生产的碳化硅分为黑色碳化硅和绿色碳化硅两种，均为六方晶体。
碳化硅常用品种二、碳化硅行业发展相关政策近年来，随着半导体行业的迅速发展，碳化硅行业也受到各级政府的高度重视和国家产业政策的重点支持。
国家陆续出台了多项政策，鼓励碳化硅行业发展与创新，如科技部在2020年发布的《“战略性先进电子材料”重点专项2020年度项目》中指出支持功率碳化硅芯片和器件在移动储能装置中的应用(应用示范类)，为碳化硅行业提供了良好的发展环境。
碳化硅行业发展相关政策相关报告：产业研究院发布的《2024-2030年中国碳化硅（SiC）行业发展运行现状及投资战略规划报告》三、碳化硅行业产业链1、碳化硅行业产业链结构图碳化硅行业产业链主要包括原材料、衬底材料、外延材料以及器件和模块等环节。
在上游，原材料主要包括各类硅烷、氮化硼等，这些原材料经过加工后制成碳化硅衬底材料。
碳化硅衬底材料进一步加工后，可以制成外延材料。
碳化硅器件和模块被广泛应用于各个领域，包括5G通信、新能源汽车、光伏、半导体、轨道交通、钢铁行业、建材行业等。
碳化硅行业产业链结构图2、碳化硅行业上游产业分析碳化硅产业链价值量倒挂，关键部分主要集中在上游端，其中衬底生产成本占总成本的47%，外延环节成本占23%，合计上游成本占到碳化硅生产链总成本的约70%。
其中衬底制造技术壁垒最高、价值量最大，既决定了上游原材料制备的方式及相关参数，同时也决定着下游器件的性能，是未来碳化硅大规模产业化推进的核心。
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中国科学院半导体研究所
刘忠立
报告内容
1. Si功率半导体器件的发展历程及限制
2. SiC功率半导体器件的优势 3. SiC功率半导体器件的发展前景
1. Si功率半导体器件的发展历程及限制
Si功率半导体器件的发展经历了如下三代: 第一代-Si双极晶体管(BJT )、晶闸管（SCR）及其派生器件。 功率晶闸管用来实现大容量的电流控制，在低频相位控制领 域中已得到广泛应用。但是,由于这类器件的工作频率受到 dV/dt、di/dt的限制，目前主要用在对栅关断速度要求较低的 场合（在KHz范围）。 在较高的工作频率，一般采用功率双极结晶体管，但是对以 大功率为应用目标的BJT，即使采用达林顿结构，在正向导 通和强迫性栅关断过程中，电流增益β值一般也只能做到<10， 结果器件需要相当大的基极驱动电流。此外，BJT的工作电 流密度也相对较低（～50 A/cm2），器件的并联使用困难， 同时其安全工作区（SOA）受到负阻引起的二次击穿的限制。
逆变器最高效率提升图
未来Si的IGBT有望用SiC功率MOSFET代替，而 Si的ＰiN整流二极管将会被SiC肖特基二极管取代。 另外，由于SiC PN结二极管可以用低寿命的飘移区 实现快恢复，在应用时， SiC功率MOSFET的内部 体二极管可以取代并联的肖特基二极管，它将有利 于简化电路结构。 SiC功率将会带来更好的效益。 随着SiC材料及器件工艺的不断进步， SiC功率器 件的价格必将不断下降，SiC功率器件在电力电子 工业中的推广应用也将是必然的趋势，因此，SiC 功率器件的发展前景是十分美好的。
如上所述, 尽管Si功率半导体器件经过半个世纪的 发展取得了令人瞩目的成绩,但是由于Si材料存在难 以克服的缺点,它们使Si功率半导体器件的发展受到 极大的限制。首先, Si的较低的临界击穿场强Ec,限 制了器件的最高工作电压以及导通电阻,受限制的导 通电阻使Si功率半导体器件的开关损耗难以达到理 想状态。Si较小的禁带宽度Eg及较低的热导率λ,限 制了器件的最高工作温度(~200º C)及最大功率。为 了满足不断发展的电力电子工业的需求,以及更好地 适应节能节电的大政方针,显然需要发展新半导体材 料的功率器件。
275KWh
0.44EUR
121EUR
1210EUR
250KWh
0.55EUR
137EUR
1370EUR
示例2
单相HERIC®-逆变器
H4-桥 + HERIC-开关管 350VDC
5 kW
开关频率：16 kHz 功率半导体器件
IGBT: FGL40N120AND
SiC Transistors: MOSFET (CNM 1009), JFET (SJEP120R063) SiC Diodes: C2D20120D
1) P-i-N二极管
P-i-N二极管是广泛采用的电力电子高压 整流元件。Si 的P-i-N二极管主要靠厚的本 征i飘移区维持反向高压,厚的本征i区增加了 正向导通压降。对于SiC的情形,在相同反向 耐压时,飘移区的掺杂浓度可以高很多,其厚 度比Si 器件的薄很多(见下表),由此可以得 到低的正向导通损耗。
第三代-绝缘栅双极晶体管(IGBT)。 它是一种包括MOSFET以及双极晶体管的复合功率 半导体器件,兼有功率MOSFET和双极晶体管的优点。 自1982年由美国GE公司提出以来，发展十分迅速。 商用的高压大电流IGBT器件仍在发展中，尽关德国 的EUPEC生产的6500V/600A高压大功率IGBT器件 已经获得实际应用,但其电压和电流容量还不能完全 满足电力电子应用技术发展的需求，特别是在高压 领域的许多应用中，要求器件的电压达到10KV以上, 目前只能通过IGBT串联等技术来实现。
SiC肖特基二极管同Si超快恢复二极管的比较
SiC肖特基二极管 高阻断电压 高开关速度 高温时稳定性好
3) 单极场效应晶体管
这里指的是MESFET(金 属半导体接触场效应晶体 管)及JFET(结型效应晶体 管),它们的结构见右图。 采用SiC特别适合制作这 二种高压大电流器件。同 样,飘移区在决定它们的 优良特性方面起决定作用。 不过这二种器件通常是常 导通型,不适合直接用于 开关。但是它们可以同低 压功率MOSFET结合构 成一种常截止型器件,因 而发展这二种高压大电流 器件有重要的意义。
20年内IGBT将会和目 前的SiC元件具有同样 的性能
一台利用SiC晶体管7kW光伏逆变器的经济效益
能量增益 (每年) 最大再生能 源发电补助 /KWA
0.45EUR
效率提高代 来的增益 (每年)
63EUR
效率提高带 来的增益 (10年)
630EUR
佛莱堡 (德国)
140KWh
阿尔梅亚 (西班牙) 马 赛 (法国)
2. SiC功率半导体器件的优势
SiC是一种具有优异性能的第三代半导体材料, 与第一、二代半导体材料Si和GaAs相比， SiC材料及器件具有以下优势： 1) SiC的禁带宽度大（是Si的3倍，GaAs的2 倍）, 本征温度高,由此SiC功率半导体器件的 工作温度可以高达600°C。
2) SiC的击穿场强高（是Si的10倍, GaAs的7 倍）, SiC功率半导体器件的最高工作电压比 Si的同类器件高得多; 由于功率半导体器件的 导通电阻同材料击穿电场的立方成反比,因此 SiC功率半导体器件的导通电阻比Si的同类器 件的导通电阻低得多,结果SiC功率半导体器 件的开关损耗便小得多。
右图给出巴利格复 合结构的输出特性。这 个器件在栅压10V时达 到了很大的饱和电流 (>2x104A/cm2),线性区 的电流密度达到 570A/cm2,具有低到 1.9mΩ-cm2比导通电阻, 其特性非常优良。
4) 平面功率MOSFET
平面功率MOSFET如右图所 示。对于SiMOSFET,当击穿电 压超过200V时, 导通电阻增加。 在高电压时其比导通电阻大于 10-2 Ω-cm2,它导致导通电流密 度为100A/cm2时导通压降大于 1V。尽管改进的结构可以使其 工作在600V以上，但是比导通 电阻仍然很大，从而限制了它 在高频下应用。SiC功率 MOSFET可以克服平面功率 MOSFET的缺点，而安全工作 区又比Si 的IGBT好。
右图示出4H-SiC及Si的 平面功率同 MOSFET的比 导通电阻的比较。可以看 出，对容易实现的电子迁 移率µinv=10cm2/V.S， 在 1000V击穿电压时，4HSiC器件的比导通电阻为Si 器件的几十分之一。而当 µinv=100cm2/V.S时，4HSiC器件的比导通电阻比Si 器件的小100倍以上。
示例1
三相光伏逆变器
B6-Bridge 750 VDC 7 kW 开关频率：16.6 kHz 功率半导体器件 IGBT 2 (BSM15GD120DN2), IGBT 3 (FS25R12YT3), IGBT 4 (FS25R12W1T4)
SiC-MOSFET (CNM 1009)
三相光伏逆变器效率
在军用方面，美国Cree公司受军方资助，已开发 出10kV/50A的SiC PiN整流器件和10kV的SiC MOSFET。下一步他们将要按比例缩小这些器件的 尺寸，以得到10kV/110A的器件模块，并将它们用 于航母的电气升级管理中去。 在欧洲，德国、法国及西班牙将SiC MOSFET用 于太阳能逆变器，获得98.5%的效率,它的普遍推广， 将带来极可观的节能和经济效益。
2)肖特基二极管
肖特基二极管是单极器件 （见右图） ,具有快的正到反向 的恢复时间,是电力电子中重要 的高频整流元件。对于Si 器件, 在较高击穿电压时飘移区电阻 迅速增加,由此产生显著功率损 耗。一般Si肖特基二极管工作 电压约为200V,改进的结构也不 超过600V。 SiC肖特基二极管 可以用低得多的飘移区获得很 高的击穿电压。
3. SiC功率半导体器件的发展前景
由于SiC功率半导体器件在电力电子应用领域具 有节电节能及减小体积方面的巨大优势和应用前景， 由此各国大力投入，竞相研究，并且在器件研究及 应用方面不断地取得领人振奋的成绩。 在发展工业用的SiC功率半导体器件中，首先推 出的是SiC肖特基二极管，2001年Infineon公司推出 300V-600V(16A)的产品，接着Cree公司于2002年 推出600V-1200V(20A)的产品，它们主要用在开关 电源控制及马达控制中，IGBT中的续流二极管也是 它们的重要用途。2004年Cree公司销售该系列产品 达300万美元,此后销售额逐年上升
碳化硅和硅性质比较的图示
硅--面心立方晶体 碳化硅--立方晶体(一种)和六方晶系 （4H,6H等多种)
击穿范围(MV/cm) 导热性（W/cmK) 电子迁移率(*10³cm² /Vs) 饱和速（*107 cm/s） 带隙（eV）
SiC同Si一样,可以直接采用热氧化工艺在 SiC表面生长热SiO2,由此可以同Si一样, 采 用平面工艺制作各种SiC MOS相关的器件, 包括各种功率SiC MOSFET及IGBT。与同 属第三代半导体材料的ZnO、GaN等相比， SiC已经实现了大尺寸高质量的商用衬底， 以及低缺陷密度的SiC同质或异质结构材料, 它们为SiC功率半导体器件的产业化奠定了 良好的基础。 下面就一些SiC典型器件对其优势进行分析:
采用槽深1µm栅条0.6µm的4H- SiC 3KV MESFET ,其比导通电阻为1.83mΩ-cm2,在栅 压为-4V时电流为1.7x104A/cm2,截止偏压为24V.
采用结深1µm栅条0.6µm的4H- SiC 3KV JFET，其比导通电阻为3.93mΩ-cm2。 这些特性大大优于同类Si器件的特性。
单相HERIC-Inverter效率
当MOSFET高温时，采 用MOSFET和JFETs 的 效率相等 测量结果包括辅助 源的损耗