寬帶隙半導體使許多以前使用硅（Si）無法實現的高功率應用成為可能，兩種材料的特性說明了為什么碳化硅二極管（SiC）在多個指標上具有明顯的優勢。

在相同額定電壓下，碳化硅二極管（SiC）比硅（Si）占用的空間更小

碳化硅具有10倍的介電擊穿場強，對于給定的阻斷電壓，比硅更薄、更高的摻雜漂移層，使其電阻率更低，傳導性能更好。這意味著在相同的額定電壓下，碳化硅芯片（SiC）可以小于其硅（Si）等效物。

對于給定的電流和電壓額定值，具有較小芯片尺寸的另一個好處是器件自電容更低，相關電荷更低。這與碳化硅更高的電子飽和速度相結合，可實現比硅更快的開關速度和更低的損耗。

碳化硅二極管表現出更好的熱性能

碳化硅（SiC）的導熱性比硅（Si）好近3.5倍，其每單位面積可以耗散更多的功率（熱量）。雖然封裝可能是連續運行期間的限制因素，但SiC提供的顯著額外裕量為易受瞬態熱事件影響的應用帶來了更大的信心。此外，能夠承受更高的溫度意味著碳化硅二極管（SiC）能提供更堅固的性能和更好的可靠性，而不會有熱失控的風險。

碳化硅二極管（SiC）的反向恢復損耗幅度較低，可大大提高功率轉換器效率

碳化硅二極管（SiC）是單極肖特基金屬半導體器件，其中傳導僅通過多數載流子（電子）。這意味著當二極管正向偏置時，結耗盡層中幾乎不會存儲任何電荷。

相比之下，P-N結硅二極管是雙極性的，并存儲了在向反向偏置過渡期間必須去除的電荷。這會導致反向電流尖峰，意味著二極管（以及任何相關的開關晶體管和緩沖器）中的功率損耗更高；并且隨著開關頻率的增加，功率損耗會惡化。

碳化硅二極管（SiC）在反向偏置下，會因自身電容放電而表現出反向電流尖峰，但比P-N結二極管低一個數量級，這意味著不僅二極管本身并且在相應的開關晶體管中消耗的功率更少。

碳化硅二極管（SiC）的正向壓降和反向漏電流與硅（Si）相匹配

碳化硅二極管（SiC）的最大正向壓降可與最好的超快硅（Si）類型相媲美，并且正在不斷改進（對于更高的阻斷電壓額定值，差異很小）。

盡管是肖特基型，但在反向偏置下，高壓碳化硅二極管（SiC）的反向漏電流和由此產生的功耗相對較低，類似于相同電壓和電流等級的超快硅二極管（Si）。

由于沒有反向電荷恢復效應，碳化硅二極管和超快硅二極管之間的正向壓降和反向漏電流變化引起的任何微小的耗散差異，都會被碳化硅動態損耗的改善所抵消。

碳化硅二極管（SiC）恢復電流在整個溫度范圍內保持穩定，降低功率損耗

硅二極管（Si）的恢復電流和時間，隨溫度變化而變化很大，這使得電路優化變得困難。但碳化硅（SiC）不存在這種變化。

在某些電路中，如“硬開關”功率因數校正極，充當升壓整流器的硅二極管可以控制損耗。從高電流下的正向偏置到典型單相交流輸入的反向偏置（通常約為400V DC母線電壓），碳化硅二極管（SiC）的特性可以顯著提高該應用的效率，并減輕硬件設計人員的設計考慮。

碳化硅二極管（SiC）可以并聯，沒有熱失控的危險

與硅（Si）相比，碳化硅二極管（SiC）的另一個優點是它們可以并聯連接。因為它們的正向壓降具有正溫度系數（在I-V曲線的應用相關區域），這有助于糾正任何電流不平衡。

相比之下，當器件并聯時，硅P-N二極管的負溫度系數會導致熱失控，需要大量降額或額外的有源電路來迫使器件分流。

碳化硅二極管（SiC）具有比硅（Si）更好的電磁兼容性（EMI）性能

碳化硅二極管（SiC）軟開關行為的另一個好處是，顯著降低了EMI。

當硅二極管（Si）用作開關整流器時，反向恢復電流（具有寬頻譜）中潛在的瞬息尖峰會導致傳導和輻射發射。這些會產生系統干擾（通過各種耦合路徑），可能導致超過系統EMI限值。

在這些頻率下，由于這種雜散耦合，濾波可能很復雜。此外，設計用于衰減開關基波和低諧波頻率（通常低于1 MHz）的EMI濾波器通常具有高自電容，將使其在較高頻率下效率較低。

考慮緩沖器可用于快速恢復硅二極管（Si），以限制邊沿速率和阻尼振蕩，從而減少其他組件上的應力并降低EMI。然而，緩沖器必須耗散大量能量，這降低了系統效率。

碳化硅二極管（SiC）的正向恢復功率損耗低于硅（Si）

正向恢復是硅二極管（Si）中經常被忽視的功率損耗來源。在從關斷狀態過渡到導通狀態期間，二極管壓降會暫時增加，產生過沖、振鈴和與P-N結初始較低電導率相關的額外損耗。然而，碳化硅二極管（SiC）中沒有這種效應，這意味著正向恢復損失將不是問題。

由此可見，碳化硅（SiC）應用于太陽能逆變電源、新能源電動汽車及充電樁、智能電網、高頻電焊、軌道交通、工業控制特種電源、國防軍工等眾多領域，而硅（Si）卻不一定能做得到同樣優異的性能。

同時，由于碳化硅（SiC）其具有高速開關和低導通電阻的特性，即使在高溫條件下也能體現優異的電氣特性，能大幅降低開關損耗，使元器件更小型化及輕量化，效能更高效，從而提高系統整體可靠性。這將使電動汽車能夠在續航里程上提升10%，整車重量降低5%左右，并實現充電狀態下仍能于高溫環境下安全、穩定地運行，從而進一步改變了我們的生活。

審核編輯：湯梓紅