碳化硅（SiC）MOSFET的Vgs正負驅動電壓限制的根本原因源于其柵氧化層（通常為SiO?）的電場耐受能力和界面特性，需在柵氧可靠性與器件性能之間進行權衡。以下是具體分析：

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1. 正向驅動電壓（+Vgs）的限制

根本原因：

柵氧化層擊穿電場限制：SiO?的介電強度約為10 MV/cm。當正向電壓過高時，柵氧化層中的電場超過臨界值，可能導致擊穿（如經時擊穿，TDDB）。

界面態電荷效應：SiC與SiO?界面存在較高界面態密度（Dit），高電壓下電荷注入會引發閾值電壓（Vth）漂移，影響長期可靠性。

熱載流子注入：高電場下，電子可能隧穿進入氧化層，造成氧化層損傷。

性能與可靠性的權衡：

導通電阻（Rds(on)）：提高正向電壓可增強溝道導電性，降低導通損耗（如Vgs從+15V升至+18V，Rds(on)顯著降低）。

可靠性限制：過高的Vgs（如>+20V）會加速氧化層退化。典型設計中，Vgs通常限制在+18V~+20V，以平衡效率和可靠性。

2. 負向驅動電壓（-Vgs）的限制

根本原因：

反向電場應力：負電壓在柵氧化層中產生反向電場，可能引發電荷注入或界面態激活，導致閾值電壓偏移。

抗干擾需求：負壓用于確保關斷可靠性（如抑制dv/dt導致的誤導通），但過大的負壓會增加柵極氧化層電場應力。

性能與可靠性的權衡：

關斷魯棒性：負壓需足夠低（如-5V~-3V，常見取-4V）以快速關斷并防止誤觸發，但過低的Vgs（如<-5V）可能加劇氧化層退化。

動態特性優化：負壓需平衡關斷速度和柵氧壽命，尤其在高溫下需更謹慎。

3. 綜合優化策略

BASiC基本股份針對SiC碳化硅MOSFET多種應用場景研發推出門極驅動芯片，可適應不同的功率器件和終端應用。BASiC基本股份的門極驅動芯片包括隔離驅動芯片和低邊驅動芯片，絕緣最大浪涌耐壓可達8000V，驅動峰值電流高達正負15A，可支持耐壓1700V以內功率器件的門極驅動需求。

BASiC基本股份低邊驅動芯片可以廣泛應用于PFC、DCDC、同步整流，反激等領域的低邊功率器件的驅動或在變壓器隔離驅動中用于驅動變壓器，適配系統功率從百瓦級到幾十千瓦不等。

BASiC基本股份推出正激 DCDC 開關電源芯片BTP1521P,BTP1521F，該芯片集成上電軟啟動功能、過溫保護功能，輸出功率可達6W。芯片工作頻率通過OSC 腳設定，最高工作頻率可達1.5MHz，非常適合給隔離驅動芯片副邊電源供電。

對SiC碳化硅MOSFET單管及模塊+18V/-4V驅動電壓的需求，BASiC基本股份提供自研電源IC BTP1521P系列和配套的變壓器以及驅動IC BTL27524或者隔離驅動BTD5350MCWR(支持米勒鉗位)。

柵氧化層工藝改進：優化SiC/SiO?界面質量，降低界面態密度，提升耐壓能力。

動態電壓調整：根據溫度動態調節驅動電壓（如高溫時略微降低Vgs），延長器件壽命。

驅動電路設計：采用軟開關技術降低開關應力，或結合有源鉗位電路限制柵極電壓尖峰。

正向電壓需在低Rds(on)與氧化層壽命間折衷，負向電壓需兼顧關斷可靠性與電場應力

SiC MOSFET的門極驅動電壓限制核心在于柵氧化層的電場耐受性和界面態特性。正向電壓需在低Rds(on)與氧化層壽命間折衷，負向電壓需兼顧關斷可靠性與電場應力。典型應用中，+15V~+20V（正向）和-5V~-3V（負向）是常見選擇，具體需結合工藝、溫度和應用場景優化。界面工程和新型柵介質（如高k材料）可能進一步突破現有限制。

審核編輯 黃宇