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Si/SiC/GaN各擅勝場 功率開關元件選用要仔細

文‧楊東益/林志宏 發布日期:2019/12/09 關鍵字:寬能隙CoolMOSCoolSiCCoolGaNGaN HEMTSuper Junction半橋Totem PolePFC

電源轉換器所使用的功率開關元件一直以來都採用矽(Si)半導體材料為主,但是隨著越來越多苛刻的應用與需求,矽半導體材料發展也趨近於材料本身的極限,使得矽功率開關元件已經無法完全符合需求。為了符合電源轉換器設計的需求,近年來寬能隙材料諸如碳化矽(SiC)和氮化鎵(GaN)應運而生並且已被成功地商品化,本文探討電源轉換器設計者應該是沿用矽功率開關元件,還是轉而選用寬能隙功率開關元件,先由矽和寬能隙材料的特性進行比較,再進入討論CoolMOS,CoolSiC和CoolGaN的應用和定位,提供設計人員參考來選擇合適的功率開關元件。

目前,市場上絕大部分的功率元件從20V到數kV都是以矽的技術為基礎,當矽的技術到達其極限,材料性質就會限制住功率半導體元件的效率提升空間,金氧半場效電晶體(MOSFET)是最常見的功率半導體元件,其導通電阻受限於崩潰電壓,也就是磊晶層的特性,導通電阻的公式如公式1:
                               
 公式1

簡化之後,就是「矽的極限」關係式    

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