碳化硅(SiC)是一種新興的新型寬禁帶(WBG)材料，特別適用于具有挑戰性的應用。然而，大家對它的諸多不了解限制了設計人員對它的充分利用。
圖 1：SiC 晶圓圖片
有些人認為，氮化鎵(GaN)是硅MOSFET的首選替代品，而SiC純粹是IGBT的替代品。然而，SiC具有出色的RDS(ON)*Qg 品質因數(FoM)和低反向恢復電荷(Qrr)，這使其成為圖騰柱無橋 PFC 或同步升壓等硬開關應用的理想選擇。
圖 2：安森美 (onsemi) 1200V EliteSiC M3S 快速開關MOSFET和半橋模塊，具有超低的導通電阻。
與 IGBT 相比，SiC MOSFET的雪崩耐受性更好，如果發生短路，SiC與適當的柵極驅動器一起使用的話，至少可以與IGBT一樣強固。
由于SiC經常用于工作頻率為10-20 kHz的電動汽車(EV)主驅應用中，因此有些人可能會認為，它是一種低頻技術。但是，芯片面積的減小會使柵極電荷(Qg)降低，這意味著SiC 器件可以成功用于100 kHz的圖騰柱無橋PFC (TPPFC)和200-300 kHz的軟開關LLC。
顯然，驅動SiC器件確實需要采用不同于硅器件的方法。負關斷柵極電壓并不總是必需的；一些具有良好布局的應用已經證明，可以不需要負關斷柵極電壓。不過，要想最大限度地消除由于“抖動”引起的意外導通，使用負柵極驅動通常被認為是很好的設計方案。
目前市場上有SiC柵極驅動器可用，而且易于使用。工程師之所以認為SiC很復雜，可能是因為他們希望使用硅MOSFET或IGBT驅動器來驅動SiC器件。專用的SiC驅動器具有便捷的功能，比如負柵極驅動、去飽和 (DESAT)、過流保護(OCP)、過熱保護(OTP)和其它保護。如果驅動器用對了，驅動SiC就像驅動硅MOSFET一樣簡單。
SiC往往被認為價格高昂，但只要將硅MOSFET與等效的SiC器件進行非常簡單的比較就可以發現，SiC器件的溢價很小。而且，SiC器件性能的提高使得設計中其它地方的成本大幅降低，遠遠抵消了這種輕微的溢價。
在通用的硅基30 kW功率方案中，我們會發現，總成本的90%都與電感和電容有關，分別占到60%和30%，半導體器件僅占總物料清單成本的10%。用SiC開關取代硅MOSFET可使電容和電感降低75%，從而大幅縮減尺寸和成本，這遠遠超過了SiC器件的成本溢價。
下圖從更高層面上說明了，如何通過更高性能的SiC讓擊穿電壓更高的器件具有出色的 Rds(on)*Qg特性，使得更簡單的拓撲結構在更高的頻率下工作，從而降低成本和尺寸。
此外，隨著SiC工作效率的提高，散熱片的數量會明顯減少（或完全無需散熱片），尺寸和成本也會得到進一步縮減。因此，在總物料清單成本方面，SiC設計相比等效的硅方案更勝一籌。
雖然SiC仍是一項相對較新的技術，但隨著它的普及，其生態系統已得到快速發展。供應商提供各種封裝的SiC器件和相關柵極驅動器，以滿足不同的應用要求，還附帶參考設計、應用手冊和仿真模型/工具。安森美提供了一套強大的在線建模和仿真工具。這款在線PLECS 模型自助生成工具允許用戶生成其自定義電路的高保真PLECS模型，然后將該模型上傳到 Elite Power仿真工具，這時安森美功率產品會引入其中以演示系統性能，其中包括半導體邊界建模。這種虛擬環境使系統設計人員能夠在進入硬件環節之前快速迭代并優化方案，從而顯著縮短產品上市時間。
供應鏈也在不斷發展。安森美最近收購了GT Advanced Technologies (GTAT)。GTAT是為數不多具有端到端供應能力的大型供應商，包括SiC晶錠批量生長、襯底制備、外延、器件制造、集成模塊和分立式封裝方案。
安森美將迅速拓展襯底業務，將產能提高五倍，并投入大量資金用于擴大器件和模塊產能，爭取到2024年實現翻兩番，未來產能還將再次翻番。
盡管對于SiC目前仍有許多誤解存在，但提出合適的問題并消除這些誤解將使設計人員能夠充分利用這種新材料的全部潛力。
