与 Si 相比，SiC 技术优势毋庸置疑
目前，碳化硅 (SiC) 技术发展到了引爆点，它的明显优势推动着实际应用的广泛采用。
当前，设计人员开始采用基于 SiC 的技术，以便保持竞争力，降低长期系统成本。这涉及到多方面的原因，包括：
- 降低总体持有成本：基于 SiC 的设计尽管需要前期投资，但能效更高，系统尺寸更小，可靠性也更高，因此能够降低系统成本。
- 解决设计难题：由于 SiC 的特性，设计人员开发的设备可以缩小尺寸，降低运行温度，提高开关速度，同时承受更高的工作电压。
- 提高可靠性，改善性能：通过缩小设备尺寸，降低运行温度，设计人员拥有更高的自由度可以探索更具创新性的设计选项，更贴切满足市场需求。
当前，大多数电子设备采用的都是金属氧化物半导体场效应管（MOSFET)，其于 1959 年在贝尔实验室诞生，并在 20 世纪 60 年代早期获得广泛采用。MOSFET 通过改变施加在栅极端子上的电压来控制器件通道的电导率，从而实现信号放大或开关和功率处理等操作。
目前，硅 (Si) 仍然是 MOSFET 的主要构建材料，但随着市场对设备性能的要求日趋提高，Si 技术存在的局限性开始显现。
SiC 相对于传统 Si 所具有的优势i
我们一直都在研究能源的使用，将它从源头转化成最终应用，而所谓“马力”也正有此意 —— 犁的设计对于土地翻耕效率而言，至关重要。
如今，我们考虑得更多的是从发电机输出到终端电压的电能和功率转换，涉及一系列应用，包括 0.6VDC 的处理器，24VDC 到 500VAC 的工业电机驱动以及 400VDC 电动汽车充电电池。转换过程必然需要使用功率半导体开关。数十年来，基于 Si 的半导体开关一直占据着主导地位，包括 Si-MOSFET 和 IGBT。
这类开关损耗较大，效率低于 SiC。若要降低运营成本，提高能源效率，关键就在于减少电力浪费，控制热量消耗。
近年来，SiC 和氮化镓 (GaN) 成为了硅最为可行的替代品。两者都有其特性，能逐步提高能源转换效率。但这些宽能带隙设备均无法直接替代 Si，此外还必须匹配应用电路设计，以便充分发挥其性能优势。（图 1 显示了各种材料的主要差异。）
Si、SiC 和 GaN – 传导损耗
Si-IGBT 导通状态集电极-发射极饱和电压几乎恒定，集电极电流决定传导损耗。Si-MOSFET 具有导通电阻，因此功耗耗散为 I.R(ON)2（注意：在大电流水平下无法使用。
在低电压和中小功率下，具有低 R(ON) 的 Si-MOSFET 传导损耗低于 IGBT。SiC 和 GaN 材料的临界击穿电压远高于 Si，可以降低漂移层厚度，提高掺杂浓度。因此，额定电压下给定芯片面积的导通电阻较低，有利于减少功率损耗，提高效率。
此外，SiC 的热导率是 Si 的三倍以上，因此可以利用更小的晶圆体颗粒实现同等升温。此外，SiC 和 GaN 的最高工作温度也高于 Si，限制了器件压力，提高了效率。
Si、SiC 和 GaN - 开关损耗
转换器开关频率高是一大优势，可以缩小相关组件（尤其是磁性元件）的尺寸，从而产生微型化优势并节省成本。然而，所有设备的开关损耗都与频率直接相关。IGBT 很少在 20kHz 以上运行，因为“尾电流”、必要的缓冲电路和高器件电容的充放电会造成功率损耗。Si-MOSFET 可以承受数百 kHz 的开关频率，但随着频率的升高，能量损耗、电流循环到输出电容时输出电容中储存的能量 (EOSS) 逐渐成为限制因素。SiC 和 GaN 的电子饱和速度更快，电容也低得多，在迅速开关方面优势明显，能够降低功率损耗。
当传导通道反向偏置时，“第三象限”中器件的特性也很重要。例如，借助半桥驱动感性负载时就会出现这种情况（见图 2）。IGBT 不会反向传导，因此需要反并联二极管。该二极管必须能够快速恢复，且具有低电压降。Si- 和 SiC-MOSFET 自带快速主体二极管，但可以通过自身通道反向传导，损耗低，且在通过栅极导通时不会产生反向恢复效应。
即使 MOSFET 在第三象限传导时主动导通，主体二极管也会导通一小段时间，同时将两个开关都关闭，防止直通电流通过半桥。此即所谓的“死区时间”。当主体二极管导电时，二极管开关需要较高的正向电压降和反向恢复，由此增加功率损耗。快速采用 SiC 和 GaN 可以减少死区时间，降低相关损耗。.
配置为高电子迁移率晶体管 (HEMT) 的 GaN 开关没有主体二极管。与 MOSFET 一样，HEMT 通道可以进行反向传导，但在任何死区时间内通过通道都会产生主体二极管效应。由此会产生相当于 2V 栅极阈值电压的电压降。除非主动打开通道，否则会导致功率耗散。
要点
在额定电压高于 600V 的功率器件中，SiC 将迅速取代 Si，成为主要的半导体材料。
与目前的 Si 技术相比，SiC 的主要优势包括工作电压更高、温度范围更广以及开关频率更高。
与 Si 材料相比，SiC 还有很多优点，包括通过微型化显著提高效率、降低冷却要求，同时还能将整体系统成本在 Si 材料的基础上降低 10-20%。
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