深入了解， SiC MOSFTE 中的导通电阻 Ron~

发布时间：2020-01-13

来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)

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在大约1980年左右，巴利加创造了绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。我们之前也多次讨论了IGBT，并且它结合了双极型晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的优点，从而对逆变电路进行了革新。同样在1980年，碳化硅（SiC）晶体的生长突破使得该材料器件的研发成为可能，之后在1991年首批商用SiC晶片发布。

经过1994年的结构和工艺的优化，SiC材料的电阻率得到了改善，并于2001年发布了第一款SiC快速二极管（SBD）。其中一个典型应用是在电源中使用作为快速二极管，由于其反向恢复时间非常短，可以忽略不计，因此能够显著降低开关损耗和提高开关频率，从而减小被动器件的尺寸。因此，SiC SBD 迅速被应用于各种电源系统，如电源、光伏系统和空调等，并且SiC二极管的最大阻断电压已经能够超过25kV。

随着SiC SBD的发展，基于SiC的MOSFET也在不断发展和演进。随着MOSFET沟道迁移率和氧化物可靠性的不断提高，从2010年开始，商业化的SiC功率MOSFET逐渐涌现，市场持续扩大。根据系统中采用SiC器件的比例，电源或逆变器的体积和重量可以减少2至10倍，功率密度显著提升；同时，功耗也明显降低，使得转换系统的效率越来越高。

现在我们来讨论一下SiC MOSFET的一些相关事项吧！

首先，我们来探讨一下导通电阻（Ron）。下面是一个展示SiC MOSFET导通电阻主要组成的示意图：

功率MOS器件的导通电阻主要由多个串联电阻构成。对于SiC MOSFET来说，与具有相同阻断电压的硅功率MOS相比，其漂移层电阻降低了100倍以上。而沟道电阻和JFET电阻（相邻p阱之间的电阻）是2-3kV SiC MOS的主要因素；当超过3-5kV时，导通电阻主要由漂移层电阻决定，类似于600V-1200V硅MOS的情况。

上面的示意图展示的是平面双注入的DIMMOSFET。为了改善沟道迁移率对SiC MOS沟道电阻的限制，我们可以采用以下方法：

★增强沟道流动性

★减小沟道长度

★减小单元间距

如果要减小沟道长度以降低导通电阻，需要注意沟道效应的影响。否则，阈值电压会降低并且漏电流会增加。另一方面，减小单元间距可以有效增加单元密度。然而，当p阱之间的间距变短时，相应的JFET电阻将大幅增加。在这些方面需要进行权衡。沟槽式MOS理论上不存在JFET电阻，因此可以大规模缩短单元间距。这也是沟槽MOS导通电阻非常小的原因之一。