元器件应用中的聚焦元器件应用中的聚焦“SiC”与与“GaN”功率元器件领域的探索与功率元器件领域的探索与
发展发展
前言 在功率元器件的发展中，主要半导体材料当然还是Si.同样在以Si为主体的LSI世界里，在“将基本元件
晶体管的尺寸缩小到1/k,同时将电压也降低到1/k,力争更低功耗”的指导原理下，随着微细加工技术的发展，实现
了开关更加高速、大规模集成化。在功率元器件领域中，微细加工技术的导入滞后数年，需要确保工作电压的
极限（耐压）并改善模拟性能。但是，通过微细化可以改善的性能仅限于100V以下的低耐压范围，在需要更高
耐压的领域仅采用微细加工无法改善性能，因此，就需要在结构上下工夫。21世纪初，超级结（SJ）-MOSFET
进入实用阶段，实现了超过MOSFET性能极限的性能改善。 然而，重要的特性
前言前言
在功率元器件的发展中，主要半导体材料当然还是Si.同样在以Si为主体的LSI世界里，在“将基本元件晶体管的尺寸缩小到
1/k,同时将电压也降低到1/k,力争更低功耗”的指导原理下，随着微细加工技术的发展，实现了开关更加高速、大规模集成化。
在功率元器件领域中，微细加工技术的导入滞后数年，需要确保工作电压的极限（耐压）并改善模拟性能。但是，通过微细化
可以改善的性能仅限于100V以下的低耐压范围，在需要更高耐压的领域仅采用微细加工无法改善性能，因此，就需要在结构
上下工夫。21世纪初，超级结（SJ）-MOSFET进入实用阶段，实现了超过MOSFET性能极限的性能改善。
然而，重要的特性--低导通电阻、栅极电荷量与耐压在本质上存在权衡取舍的关系。在功率元器件中有成为单元的晶体
管，将多个单元晶体管并联可获得低导通电阻。但这种做法需要同时并联寄生于晶体管的电容，导致栅极电荷量上升。为了避
免栅极电荷上升而进行微细化即将1个单元变小的话，耐压能力又会下降。
作为解决这个问题的手法，除了像SJ-MOSFET一样通过结构改善来提高性能，还通过变更材料来提高性能，就是使用了
碳化硅（SiC）和GaN这类宽禁带（WBG）半导体的功率元器件。WBG材料的最大特点如表1所示，其绝缘击穿电场强度较
高。只要利用这个性质，就可提高与Si元件相同结构时的耐压性能。只要实现有耐压余量的结构，将这部分单元缩小、提高集
成度，就可降低导通电阻。
表1:各种功率元器件材料的物理特性比较
第一章第一章 罗姆在罗姆在“SiC”功率元器件领域的飞跃发展功率元器件领域的飞跃发展
SiC（碳化硅）功率元器件是以碳和硅的化合物--碳化硅作为原材料制作而成。与以往的硅材料功率元器件相比，具有低
导通电阻、高速开关、高温作业的特点，所以许多研究机构和厂商将其视为新一代功率元器件，一直致力于对它的研发。由于
其出色的性能，一直以“理想器件”备受期待的SiC功率器件近年来已得以问世。罗姆已批量生产SiC二极管和SiC-MOSFET,并
于2012年3月开始批量生产内置上述两种元器件的功率模块。
①SiC-SBD（碳化硅肖特基势垒二极管）：性能提升的第二代产品陆续登场
SiC‐SBD于2001年首次在世界上批量生产以来，已经过去10多年。罗姆从2010年开始在日本国内厂商中首次批量生产
SiC-SBD,并且已经在各种机器中得到采用。与以往的Si-FRD（快速恢复二极管）相比，SiC-SBD可以大幅缩短反向恢复时
间，因此恢复损耗可以降低至原来的三分之一。充分利用这些特性，在各种电源的PFC电路（连续模式PFC）和太阳能发电的
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