电力电子与现代控制电力电子器件

电力电子与现代控制电力电子器件第1页/共50页1.快速晶闸管

快速晶闸管的关断时间≤50μs，常在较高频率(400Hz)的整流、逆变和变频等电路中使用，它的基本结构和伏安特性与普通晶闸管相同。目前国内已能提供最大平均电流1200A、最高断态电压1500V的快速晶闸管系列，关断时间与电压有关，约为25μs～50μs。2.双向晶闸管

双向晶闸管不论从结构还是从特性方面来说，都可以看成是一对反向并联的普通晶闸管。在主电极的正、反两个方向均可用交流或直流电流触发导通。3.逆导晶闸管

逆导晶闸管是将晶闸管和整流管制作在同一管芯上的集成元件。由于逆导晶闸管等效于反并联的普通晶闸管和整流管，因此在使用时，使器件的数目减少、装置体积缩小、重量减轻、价格降低和配线简单，特别是消除了整流管的配线电感，使晶闸管承受的反向偏置时间增加。4.光控晶闸管

光控晶闸管(LightActivatedThyristor)是利用一定波长的光照信号控制的开关器件。其结构也是由P1N1P2N2四层构成。目前利用8KV/3.5KA的光控晶闸管所构成的300MVA容量的电力变换装置是目前最大的电力电子装置。晶闸管的派生器件双向晶闸管逆导晶闸管光控晶闸管第2页/共50页门极可关断晶闸管GTO结构，等效电路及符号1.可关断晶闸管的结构可关断晶闸管GTO(GateTurn-OffThyristor)，

GTO的内部包含着数百个共阳极的小GTO元，可用门极信号控制其关断。目前，GTO的容量水平达6kA/6kV，开关频率<1kHz。2.可关断晶闸管的工作原理(1)开通过程GTO也可等效成两个晶体管P1N1P2和N1P2N2互连，开通过程与晶闸相同。第3页/共50页门极可关断晶闸管2.可关断晶闸管的工作原理(2)关断过程忽略漏电流，NPN晶体管维持导通需要的基极驱动电流为，实际的基极驱动电流为,当GTO关断等效电路时，GTO会逐渐关断。考虑：得到关断所需最小门极电流为：关断增益定义为：关断增益的典型值为5-10之间。为增大关断增益，需要：增大减少第4页/共50页GTO关断过程分为三个阶段：1、晶闸管工作模式，门极电流变负，满足关断条件，此时GTO中两个等效晶体管开始退出饱和导通过程，清除N1和P2区的存储过剩载流子，所需时间为存储时间。2、GTO工作模式，α1+α2<1，此时GTO阳极电压上升，阳极电流下降，需要采用关断缓冲限制阳极电压的上升速度，所需时间为下降时间。3、晶体管工作模式，阳极电流全部流过门极电路，阴极和门极之间PN结反向偏置，阴极截止。此时GTO关断过程变为P1N1P2晶体管关断过程，所需时间为拖尾时间。GTO关断过程第5页/共50页门极可关断晶闸管3.为什么晶闸管无法门极关断晶闸管结构晶闸管为单体结构，各部分尺寸很大。负门极电流会在P2区产生横向电压降。J3结只在门极区附近出现反偏。GTO采用多个单元并联技术，每个单元尺寸很小。GTO门极和阴极经过特殊设计，紧密耦合。关断时，每个单元的J3结全部反偏。4.为什么GTO可以门极关断？J3J1J2P1N1P2N2第6页/共50页5.可关断晶闸管的参数1）峰值重复断态电压VDRM4500V2）峰值重复反置电压VRRM17V3）峰值重复可控通态电流ITQRM4000A4）平均通态电流IT(AV)1200A5）非重复通态电流ITSM25kA第7页/共50页GTO的导通和关断过程3.GTO的参数6）导通时间tgt：8μs7）关断时间tgq:35μs8）峰值门极关断电流

IGQM:900A9）最大电压上升率

dv/dt:1000V/us10）最大电流上升率

di/dt:500A/us第8页/共50页GTO器件开关缓冲电路由于dv/dt和di/dt限度很低，GTO器件在电路中应用时，需要配合缓冲电路才能安全工作，缓冲电路分为开通缓冲电路和关断缓冲电路，分别限制di/dt和dv/dt。GTO开通和关断缓冲电路(a)单管(a)桥臂缓冲电路的要求，特别是关断缓冲电路，增加了系统的体积，成本，损耗，降低了可靠性。第9页/共50页现代电力电子器件4、集成门极换流晶闸管第10页/共50页集成门极换流晶闸管IGCT1997年，ABB公司的技术人员对GTO的结构设计进行了重大改进，研制出了门极换流晶闸管GCT，然后又将门极驱动电路集成在GCT旁，从而开发出新型的集成门极换流晶闸管IGCT。GCT的基本结构和符号与GTO相同。IGCT对GTO的主要改进：门极换相电路电感L与GTO相比降低了1个数量级；门极驱动电路提供等于阳极电流的关断电流。GCT结构和符号第11页/共50页IGCT对GTO的主要改进：1、晶闸管工作模式，此时负向门极电流iG快速增加，阴极电流iK快速减少，阳极电流不变，阳极电压不变，直到iG=-iA,阴极电流iK为零，进入晶体管工作模式。2、晶体管工作模式，阳极电流全部流过门极驱动电路，之后，阳极电流下降，阳极电压升高，进入P1N1P2晶体管关断过程，直到iA为零。IGCT关断过程由于门极电路可以快速吸收全部阳极电流，在存储时间之内，阴极电流已经消失，此时阳极电压还未升高。IGCT关断过程中，GTO工作模式消失，只有晶闸管和晶体管两种工作模式。IGCT的关断基本上是晶体管关断过程，和GTO相比，有以下优势：1、允许很高的dv/dt，无需采用关断缓冲电路。2、关断时间降低，关断损耗减少。晶闸管工作模式晶体管工作模式第12页/共50页1、缓冲层结构传统的非穿通型(NPT)概念是在厚的n基区上直接扩散形成阳极。非穿通pn结在阻断情况下电场分布呈三角形，如左图所示。可以看出，器件总的阻断电压为电场在沿硅片厚度方向上的积分。因此，在材料所承受电场强度最大值不变的情况下，所需阻断电压越高，其硅片的厚度就越厚，这样会导致器件的导通损耗和开关损耗也相应增大。采用基区穿通型设计后，在n-p+

层之间引入n+

缓冲层，并降低n-区掺杂浓度，由于电场被n+缓冲层阻挡，形成一个四边形电场分布，这样采用较薄的硅片即可达到相同的阻断电压，从而提高了器件的效率，降低了通态损耗和开关损耗。例如，在4.5kV的IGCT中，采用缓冲层设计使芯片所需的厚度大约减少了40％。这样便能相应地降低导通和关断损耗。2、可穿透发射区(透明阳极）

IGCT在GTO结构的基础上，去掉阳极短路点，并利用了可穿透发射区技术，其发射效率和电流密度密切相关，在低电流密度下，其发射效率很高，但在大电流密度下，阳极的注入效率将很低。这时，阳极很薄，且为弱掺杂，在关断时，电子可以被扫过阳极发射区，而无空穴注入，即在关断时，阳极对电子来说是可穿透的。可穿透发射区大大降低了关断时间(小于3us)，从而大大降低了关断损耗。IGCT的其他改进3、门极驱动电路的集成

采用“硬驱动”门极控制可使关断增益βoff为1．初始导通增益也接近于l，GCT即可实现双极晶体管的动态特性，这要求将门极单元与GCT集成，因而被称为“IGCT”。由于关断过程中电流换向时间很短，因此要求门极电路有较低的电感,门极驱动电路的最大杂散电感约为20nH，门极驱动电路要具有如此低的电感，通常的做法是将其与IGCT集成到一块印刷线路板上．并尽可能地靠近。IGCT实物图可穿透发射区缓冲层结构GTO结构第13页/共50页集成门极换流晶闸管的种类1、非对称型：反向阻断电压(<17V)远小于正向阻断电压，外加反并联续流二极管后，可用于电压型逆变器；2、逆阻型：反向阻断电压等于正向阻断电压，主要用于电流型逆变器；3、逆导型：非对称型器件内部已将续流二极管集成在内，主要用于电压型逆变器。ABB公司产品第14页/共50页ABB非对称型集成门极换流晶闸管的重要参数VDRM：正向重复峰值电压4500V；VDC-link：最大连续直流电压值2800V；

VRRM：最大反向重复电压值17V；IDRM：最大重复峰值漏电流50mA；IT(AV)M,IT(RMS)：双侧冷却结温85°半波正弦电流电流的最大平均值和有效值

1700A，2700A；ITSM：最大非重复浪涌电流值32kA；LD：IGCT和续流二极管之间的杂散电感值300nH；diT/dtcr：IGCT导通时前向电流的上升率200A/μs；VT：通态压降值2.35V。第15页/共50页diT/dtcr：IGCT通态电流上升率最大允许值1000A/μs

；tdon,tdonSF：导通延迟时间、导通反馈信号延迟时间

3.5μs和7μs

；tdoff,tdoffSF：关断延迟时间、关断反馈信号延迟时间7μs

和7μs

；ITGQ：正常情况下阳极电流重复最大关断电流值4kA

。第16页/共50页GTO和IGCT器件的比较由上表可见：GTO的导通时间为8μs，IGCT为3.5μs；GTO的关断时间为35μs，IGCT为7μs;GTO的diT/dtcr为500A/μs，IGCT为1000A/μs，二者都需要di/dt缓冲器；GTO的关断增益为5左右，IGCT为1；GTO的开关频率为500Hz左右，IGCT的开关频率为2kHz以下。第17页/共50页集成门极换流晶闸管的应用第18页/共50页现代电力电子器件5、功率场效应晶体管第19页/共50页MOSFET基本结构，导通原理和符号MOSFET导通原理：利用栅极和源极之间的正电压，吸引自由电子堆积在P区上表面层，并使该层反型为N型；之后N1-N-N2之间电子可以流动导电。功率MOSFET导通时只有一种极性载流子（多子）参与导电。

功率场效应晶体管(PowerMOSFET)符号栅极源极漏极绝缘栅导电原理简介：场效应晶体管全称金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)MOSFET的种类：

1、按导电沟道可分为P沟道和N沟道；

2、按栅极电压幅值可分为；

耗尽型（当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道）和增强型（对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道）。功率MOSFET主要是N沟道增强型；

基本结构第20页/共50页场效应晶体管的结构小功率MOS管是横向导电器件。功率MOSFET大都采用垂直导电的垂直导电双扩散MOS结构（VDMOSFET）结构，大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。

横向导电MOSFET第21页/共50页场效应晶体管的特性(1)MOSFET的转移特性转移特性表示MOSFET的输入栅源电压UGS与输出漏极电流ID之间的关系。转移特性表示MOSFET的放大能力，与BJT中的电流增益相仿，由于MOSFET是电压控制器件，因此用跨导这一参数来表示。(2)MOSFET的输出特性当栅源电压UGS一定时，漏极电流ID与漏源电压UDS间关系曲线称为MOSFET的输出特性。只有当栅源电压UGS达到或超过强反型条件时，使MOSFET进入导通状态。栅源电压UGS越大，漏极电流越大，可见漏极电流ID受栅源电压UGS的控制。输出特性分为四个区域：截止区、饱和区、线性放大区和雪崩区。截止区Ⅳ：

UGS<UGS(th)栅极阈值电压，ID为零，处于截止状态；线性区Ⅰ

：ID与UDS几乎呈线性关系，该区又称线性电阻区。饱和区Ⅱ

：UGS增加，ID增加。雪崩区Ⅲ：当UDS增大至使漏极PN结反偏电压过高，发生雪崩击穿，ID突然增加，可能会导致器件损坏。Ⅳ第22页/共50页线形区条件：当VDS<VGS-Vth时饱和区条件：当VDS>VGS-Vth时线性区内，MOSFET等效电阻基本恒定。饱和区内，MOSFET漏极电流基本恒定。MOSFET器件手册中定义的通态电阻为线性区电阻功率MOSFET导通时正常工作区域为线性区。Rs为源极电阻；Rch为通道电阻；Ra为表面层电阻；RJFET为等效JFET电阻；Rn为N-区电阻；Rd为漏极电阻。高压MOSFET中，Rn占90%的总电阻。VDMOSFET线性导通区内电阻分布MOSFET导通电阻的温度系数为正，并联容易。（多子器件的特征）第23页/共50页MOSFET三个端子之间存在等效电容，分别是CGS，CGD和CDS。其中CGS和CGD对开关动态影响较大。CDS会增加器件开关损耗。场效应晶体管的等效电容第24页/共50页MOSFET输入电容CGD和CGS

对开关过程有重要影响。1、当MOSFET开通时，输入电容的充电过程使得栅极电压VGS呈指数曲线上升,当VGS上升到栅极阈值电压VGS(th)时，漏极电流ID开始上升，从脉冲电压的前沿到ID出现，这段时间称为开通延迟时间td。随着VGS的增加，ID继续上升，从0到ID达到稳态电感电流所用时间称为上升时间tri,在此期间，由于二极管D仍然导通，VDS保持为VDD，，当ID达到电感电流时，二极管D关断，VDS开始下降，电压下降期间ID和VGS保持恒定，VDS下降时间为tfv。开通时间ton可表示为:ton＝td＋tri+tfv。场效应晶体管的开关过程MOSFET带电感负载时开通过程第25页/共50页2、当MOSFET关断时，输入电容的放电过程使得栅极电压VGS呈指数曲线下降,当VGS下降到栅极阈值电压VGS1时，漏极电压VDS开始上升，从脉冲电压的前沿到VDS开始上升，这段时间称为关断延迟时间ts。随着VGS的下降，VDS继续上升，从0到VDS达到VDD所用时间称为上升时间trv,在此期间，由于二极管D仍然关断，ID保持为电感电流值，VGS恒定。当VDS达到VDD时，二极管D开通，ID开始下降，电流下降到零时间为tfi。关断时间toff可表示为:toff＝ts＋trv+tfi。MOSFET带电感负载时关断过程场效应晶体管的开关过程第26页/共50页安全工作区(SOA)

由于导通电阻温度系数正，功率MOSFET没有二次击穿问题，具有非常宽的安全工作区，特别是在高电压范围内，但是功率MOSFET的通态电阻比较大，所以在低压部分不仅受最大电流的限制，还要受到自身功耗的限制。①开关安全工作区(SSOA)最大额定开关安全工作区是负载线可跨越而不会招致MOSFET损坏的界限，基本的限制是峰值电流IDM和击穿电压U(BR)DSS

，这个安全工作区只适用于器件开关时间小于1μs的开通和关断过程。②正向偏置安全工作区(FBSOA)正向偏置安全工作区由四条边界极限所包围的区域。漏源通态电阻线，最大漏极电流线，最大功耗限制线和最大漏源电压线。MTM4N50的安全工作区（a）最大额定开关安全工作区；（b）最大额定正偏安全工作区第27页/共50页功率场效应晶体管的主要参数IRF公司FC40SA50FK的重要参数有：1、漏源击穿电压：500V2、栅源电压：±30V3、漏极最大电流：40A4、栅极阈值电压：3V5、通态电阻：0.084欧姆6、导通延迟时间：25ns7、电流上升时间：140ns8、关断延迟时间：55ns9、电流下降时间：74ns10、反向恢复时间：620ns11、输入电容：8310pf第28页/共50页少子器件（包括二极管，BJT，晶闸管，GTO，IGCT等，也称双极性器件）空穴和电子同时导电；少数载流子积累效应，使开关速度变慢；利用电导调制原理，使高压器件导通压降很低，但导通管压降有最小值即PN结正向压降（除BJT饱和导通情况外）。管压降具有负温度系数，不便于并联使用，有二次击穿现象；多子器件和少子器件比较多子器件（MOSFET等，也称单极性器件）多数载流子导电；开关速度快；低压小电流器件管压降很低，最低可接近0V；高压器件导通电阻大；导通电阻为正温度系数；易于并联。没有二次击穿现象；复合器件有可能有更好的性能第29页/共50页现代电力电子器件6、绝缘栅双极晶体管第30页/共50页绝缘栅双极晶体管IGBT1、结构

IGBT器件的结构与功率MOSFET的结构十分相似，主要差异是IGBT用P+基片取代了MOSFET的N+缓冲层P+和N-区之间创建了一个PN结。如图所示。共有三个极：栅极G、发射极E和集电极C。IGBT结构IGBT等效电路IGBT符号2、工作原理当UDS＞0时，分两种情况：①若栅极电压UG＜开启电压UT，IGBT呈正向阻断状态。②若栅极电压UG＞开启电压UT，IGBT正向导通。第31页/共50页IGBT导通

导通：当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，当VCE施加正向电压时，出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。此时，P+区的空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，产生了电导调制效应，降低了导通电阻。这种方式降低了功率导通的总损耗。另外，由于附加的PNP晶体管结构，在IGBT器件内部出现了两种电流：一种为MOSFET电流；一种为三级管电流。

关断：当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内，MOSFET电流迅速下降，但由于少子空穴的衰减过程的存在，晶体管电流是逐渐下降的，出现了电流拖尾现象，引起功耗升高。

绝缘栅双极晶体管IGBTMOSFET导通电流IGBT导通电流MOSFET电流晶体管电流第32页/共50页绝缘栅双极晶体管IGBT的静态特性(1)IGBT的转移特性是指输出集电极电流IC与栅射控制电压UGE之间的关系曲线。当栅射电压UGE＜UGEth时，IGBT处于关断状态。当UGE＞UGEth时，IGBT导通。IGBT导通后的大部分集电极电流范围内，IC与UGE呈线性关系。(2)IGBT的伏安特性以栅射电压UGE为参变量时，集电极电流IC和集射电压UCE之间的关系曲线。IGBT的伏安特性也可分为截止区、饱和区、放大区和击穿区四个部分。截止区Ⅳ：

UGE<UGE(th)栅极阈值电压，IC为零，处于截止状态；饱和区Ⅰ：IC与UCE呈线性关系；

线性放大区Ⅱ：

IC几乎不随UCE变化；雪崩区Ⅲ：随着UCE的增大，IGBT将发生雪崩击穿，IC突然增加，可能会导致器件损坏。

开关器件IGBT常工作于饱和状态和阻断状态，若IGBT工作于放大状态将会增大IGBT的损耗。ICVCEVGE=0VGE1VGE2VGE3VRM0(c)输出特性正向阻断区VGEVBRIcVGEVGEth(d)转移特性Ⅳ第33页/共50页绝缘栅双极晶体管的主要参数三菱IGBT模块MG600Q2YS60A（1200V600A）的重要参数：VCES=1200VVGES=±20VIC=600AVCE(sat)=2.7VCies=41000pFtr=0.2μston=0.5μstf=0.1μstoff=1.4μstrr=0.3μs第34页/共50页IGBT器件的驱动和保护1、提供+15V导通栅极电压，-15V关断栅极电压；2、提供信号隔离；3、提供电源隔离；基本功能：典型驱动电路示意图4、通过VCEsat监视进行短路保护；5、欠压监控6、错误记忆与错误反馈第35页/共50页PMOSFET与IGBT的比较MOSFETIGBT1、载流子：电子空穴和电子2、驱动方式：电压电压3、通态情况：通态为电阻0.084欧姆通态为饱和压降2.7V4、输入电容：

8310pf41000pF5、导通延迟时间ton：

25ns0.5μs6、电流上升时间tr：

140ns0.2μs7、关断延迟时间toff：

55ns1.4μs8、电流下降时间tf：

74ns0.1μs9、反向恢复时间trr：

620ns0.3μs10、开关频率：

50kHz以上20kHz以下

第36页/共50页现代电力电子器件7、智能功率模块第37页/共50页智能功率模块(IPM)IPM

高速智能功率模块(第3代)

高速智能功率模块（Ｖ系列）

高速智能功率模块（600VS-DASH伺服控制系列）

高速智能功率模块（600VS-DASH系列）

高速智能功率模块（1200VS-DASH系列）

高速智能功率模块（CB系列）

高速智能功率模块（L系列）

高速智能功率模块（太阳能用）

低速智能功率模块(第3代)HVIPMHVIPMASIPM

ASIPMVer.1

ASIPMVer.3DIP-IPM

DIP-IPMVer.2

DIP-IPMVer.3

DIP-IPMVer3.5

DIP-IPMVer.41200VDIP-IPM

SIP-IPMPFC模块

DIP-PFC

有源滤波器HVICHVIC三菱公司第38页/共50页PM450CLA120采用第五代IGBT(CSTBT)芯片Vce(sat)=1.9V@Tj=125°C；适用于3φ450A,1200VIGBT逆变器；集成的门驱动和保护逻辑；具有短路、过热和欠压保护；可用于75kW级逆变器。PM150RSD120采用第四代平板型IGBT芯片；适用于3φ150A,1200VIGBT15kHz开关频率逆变器；具有50A,1200V制动IGBT；集成的门驱动和保护逻辑；具有过流、短路、过热和欠压保护；可用于75kW级逆变器。IPM第39页/共50页HVIPM(HighVoltageIntelligentPowerModule)

PM1200HCE330-1IC................................................................1200AVCES.......................................................3300VInsulatedType1-elementinaPack,AISiCBaseplateMonolithicGateDrive,ProtectionLogic:OC/OT/UV,(OverCurrent/OverTemperature/UndersupplyVoltage).第40页/共50页ASIPM(600V2-50A/1200V5-25A)

0.2～3.7kW/AC400V级三相逆变器或其它电机驱动(～15kHz)；集成的功率变换电路：二极管整流器、三相IGBT逆变器；

P-SideIGBTs：驱动电路、高电平偏置电路、升压电路等可以使逆变器使用一套控制电源、欠压保护电路；

N-SideIGBTs：驱动电路、直流侧电流检测和放大电路用于过流保护、控制电源欠压保护和故障输出信号电路；故障输出：N-sideIGBT短路(SC)、过流(OC)和控制电源欠压(UV)；逆变器模拟电流检测和N-SideIGBT直流母线电流检测；输入接口：5VCMOS/TTL兼容，SchmittTrigger输入和桥臂直通互锁保护功能。ASIPM(ApplicationSpecificIntelligentPowerModule)第41页/共50页DIP-IPM第42页/共50页SIP-IPM(600V3A)集成的功率变换：

600V/3A低损耗第五代IGBT逆变桥完成三相DC/AC功率变换。集成的驱动、保护和控制功能：上桥臂IGBTS：驱动电路、高压绝缘电平移动电路:、欠压保护电路；下桥臂IGBTS：驱动电路、欠压(UV)和短路保护电路(SC)。故障信号输出：对用于下桥臂短路SC故障或者上桥臂欠压UV故障；输入接口：5VCMOS/TTL兼容，SchmittTrigger输入和桥臂直通互锁保护功能。SIP-IPM第43页/共50页集成的功率变换电路：•SinglephaseACinput,DCoutputIGBT/FWDconverterbridge；•600V,20Arms(Inputcurrent)。集成的驱动、保护和控制功能：•IGBTSdrivercircuit•Controlsupplyunder-voltage(UV)protection•Inputinterface:5~15VlineCMOS/TTLcompatible,SchmittTriggerreceivercircuit(Activehigh)应用：AC100~200VActive-ConverterforPFC(PowerFactorCorrection),ofAir-conditionerandsoon.DIP-PFC

第44页/共50页RB-IGBT

日本富士电机开发了矩阵变换器专用的逆阻型IGBT模块(RB-IGBT)。所谓逆阻型IGBT是指可以承受较高反向电压的IGBT，反向时这种IGBT可处于阻断状态。不像普通IGBT承受反向电压的能力较弱，很可能被反向电压击穿，所以普通IGBT要提高承受反向电压的能力，必须串联一个二极管。一个3×3矩阵变换器中需要9个双向开关模块，用普通IGBT，每个模块需要2个IGBT和2个二极管相连接；而用逆阻型IGBT，每个双向开关模块直接由2个IGBT并联组成，3×3矩阵变换器用逆阻型IGBT构成双向开关模块，可省去18个二极管，减少了器件功耗。

第45页/共50页现代电力电子器件8、SiC器件第46页/共50页SiC(SiliconCarbide)电力电子器件

硅“统治”半导体器件已50多年，目前仍是最主要的半导体器件材料，但是硅固有的一些物理属性，如带隙较窄、电子流动性和击穿电场较低等特点限制了其在高频高功率器件方面的应用。随着在衬底材料增长方面以及器件加工技术的重大进展，碳化硅(SiC)在各类新材料中脱颖而出，在应用方面走在前端。采用SiC的高功率肖特基二极管在2001年已经出现，并在军工应用上取得成功，目前这类产品正向商用方向发展。作为一种宽禁带半导体材料，SiC对功率半导体不但击穿电场强度高、热稳定性好，还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点。因为这些特性，SiC可以用来制造各种耐高温的高频大功率器件，应用于Si器件难以胜任的场合。SiC器件的优势1、SiC器件的击穿电压高：Si肖特基二极管的击穿电压小于300V，而目前已商业化的SiC器件已达600V以上；2、SiC器件通态电阻低：对于低击穿电压的器件(<50V),SiC单极型器件的通态电阻典型值为1.12μ欧，约为SI器件的100分之一；对于高击穿电压(->5kV)器件，其通态电阻典型值为29.5毫欧，不到SI器件的300分之一,可以降低器件通态损耗，提高效率；3、SiC器件具有高的热导电率(SiC4.9W/cm-K,Si1.5W/cm-K)：结-外壳热阻R