摘要——近年来大面积碳化硅（SiC）MOSFET及其配套的JBS二极管技术使设计和制作大功率SiC开关模块。正在进行的努力由美国空军研究实验室1.2kV/100A SiC双开关电源模块的研制能够在200°C的接合温度下运行。两个为实现兆瓦级目标，还进行了更多的努力。一陆军研究实验室的工作重点是1.2kV用于牵引和功率转换的模块应用。最高功率1200V全SiC双开关生产的电源模块能够达到880安培。国防高级研究计划局开发固态变电站的努力产生了10kV/50A SiC双开关电源模块。更高电流设计了两种额定电压的模块。这些SiCMOSFET模块代表了SiC的下一级集成电源设备。这是向高可靠性、高效率、功耗方向发展系统。这项技术与当前的节能环境相关，并将转化为重要的能源混合动力和电动汽车、太阳能和替代能源系统逆变器和工业电机驱动器。 索引项–MOSFET开关、功率转换、，功率MOSFET，SiC 一、 导言 随着全球对能源效率的日益重视，改进的电源设备对于下一代电力系统。提高效率电力转换系统的发展带来了多重效益。 提高系统的效率有明显的好处增加系统的功率输出减少废热量的好处直接导致尺寸、重量的减少冷却系统的复杂性。进一步减少通过在更高的频率，从而减少无源元件。 SiC是一种宽带隙半导体材料，具有电场击穿能力是硅的十倍，并且具有优异的导热性。SiC是也是一种坚固的材料，因为它的物理硬度和在极高温度下保持其性能。 如果设计和制造得当，电源设备基于SiC的器件将具有与硅对应物相比的特性。设备其特点是低传导损耗、低开关损耗、高压运行、高温运行以及在高电流密度下工作的能力 周期（喘振）。取决于设备类型和具体设计，可优化设备特性符合系统要求。SiC电源设备（使用时）在系统中，将允许系统在更高的效率目前可用的碳化硅电源设备已证明其表现优于硅材料的同类产品[1，2, 3]. 二、大面积SIC器件和模块 注意事项 最近的进展使大面积SiC的制备成为可能电源设备。年制造的最大单芯片器件迄今为止，SiC是一个180A/4.5 kV PiN二极管[4]。此设备具有模具尺寸为1.5 cm x 1.5 cm。大面积可用性SiC芯片并不意味着它们在电源方面具有成本效益模块应用程序。与硅一样，芯片成本增加由于减少了产量和可安装在晶圆。例如，一块100A硅芯片的成本是原来的2.5倍50A芯片和200A芯片的成本是100A芯片【5】。这是一个常见的原因电源模块中并联的多个模具。另一个原因使用较小的模具是为了通过减少热膨胀系数（TCE）引起的热应力芯片和基板之间不匹配。增加模块中的模具数量也会增加装配成本降低了模块产量。必须注意不要通过增加模块组装抵消芯片成本节约费用由于SiC功率器件的材料和加工成本较高，模具尺寸成本SiC的关系更为明显。这是主要的SiC电源模块并联附加低电流的原因与硅基功率模块中常见的芯片相比。 与硅IGBT和快恢复二极管不同，SiC由于以下原因，MOSFET和SiC JBS二极管很容易并联其导通电阻随温度的正系数。因此，没有匹配的设备通态压降与SiC设备并联时需要。 业界已投入多年时间解决这些问题与并联多个功率半导体有关电力电子模块。SiC模块的重点是将SiC电源设备与最佳模块相结合开发一流模块的材料和流程。 三、 高温模块 图1所示的SiC模块是在空军研究实验室（AFRL）的合同用于驱动飞行控制执行器的逆变器战斗机。此模块的操作环境需要在保持低温的同时进行高温操作损失。该模块为双开关配置（参见DUT 图6）中的截面，电压额定值为1200伏额定电流为100安培。它能够在接合温度为200°C，比硅基功率模块的工作温度。 为了缩短开发时间，模块设计基于在Powerex硅IGBT模块CM100DY-24NF上。 由于硅IGBT模块也具有1.2kV/100A额定值它为测试SiC提供了一个方便的基准单元  图1：。1.2kV/100A全SiC半H桥电源模块的外部视图。 |
