WBG宽禁带半导体（碳化硅/氮化镓）

最新推荐文章于 2025-06-13 16:02:06 发布

南泽兆

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分类专栏：电子电源设计文章标签：人工智能

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宽禁带 (WBG) 半导体与传统半导体相比，差异明显，因为其具有更大的禁带。禁带是指半导体中价带顶部和导带底部之间的能量差。更大的距离使宽禁带半导体功率器件能够在更高的电压、温度和频率下工作。

在寻找下一代高效功率转换器开关时，氮化镓 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 等宽禁带半导体材料正是理想之选。然而，与其他材料相比，每种材料都各具优势。例如，碳化硅功率半导体为 650V 起的应用提供了出色的阻断电压，而且电压越高优势越多。

迈向高能效世界的下一个重要步骤的关键在于使用这些新的宽禁带功率电子器件材料，从而实现更高的功效、更小的尺寸、更轻的重量、更低的总体成本--亦或是所有这些特点。

---宽禁带半导体的优势

宽禁带半导体的优势众多。例如，得益于基于宽禁带半导体电子器件的优势，更高的效率可实现更高的功率密度，同时还能减小尺寸和重量，从而降低整体系统成本。

将宽禁带半导体器件用于功率电子器件，也有助于实现更高的工作开关频率。当以终极功率密度为目标时，这一点尤为重要。氮化镓宽禁带半导体具有较低的总栅极电荷和约 1.5V 的低电压阈值，即使在高频率下，栅极驱动功率也可以限制在毫瓦级。

宽禁带半导体产品解决方案

碳化硅/氮化镓解决方案有分立和集成两种功率搭配可供选择。

碳化硅 (SiC)的优势特点

与硅材料相比，碳化硅 (SiC) 具有 3 个电子伏特（eV）的宽禁带，以及更高的热导率。基于碳化硅的 MOSFET 最适合在高频率下工作的高击穿、高功率应用。与硅材料相比，碳化硅功率半导体器件的参数，如 RDS(on) ，随温度增高的幅度较小。便于设计人员在宽禁带功率电子器件的设计中，在更小的裕度内或在更高的温度下工作，从而增加额外的性能。

GaN氮化钾特点优势

与碳化硅相比，氮化镓具有更高的禁带（3.4 电子伏特）以及更高的电子迁移率。与硅（Si）材料相比，击穿场高十倍，电子迁移率增加了一倍。输出电荷和栅极电荷都比硅材料低十倍，而且反向恢复电荷几乎为零，这是高频操作的关键。氮化镓宽禁带半导体功率器件是现代谐振拓扑结构的首选技术，并且正在实现新方法，包括新的拓扑结构和电流调制。

英飞凌的氮化镓解决方案是基于市场上最稳健、性能最好的概念--增强模式 (e-mode) 概念，可提供快速的导通和关断速度。CoolGaN™ 氮化镓产品专注于高性能和稳健性，同时为许多宽禁带半导体应用的各种系统增添了重要价值，如服务器、电信通信、无线充电、适配器和充电器以及音频产品。CoolGaN™ 开关易于使用，便于设计，

氮化钾碳化硅MOSFET的栅极驱动IC

碳化硅 MOSFET 栅极驱动器 IC 非常适用于驱动碳化硅 MOSFET，尤其是超快速开关 CoolSiC™ 碳化硅 MOSFET。这些栅极驱动器集成了碳化硅驱动最为重要的关键特性和参数，如传播延迟精准匹配、精确的输入滤波器、宽范围的输出侧电源范围、负栅极电压能力、有源米勒钳位、退饱和 (DESAT) 和扩展的共模瞬态抗扰度 (CMTI) 能力。