电力电子应用比比皆是。可再生能源（例如，组串式逆变器、微型逆变器和直流优化器）、全电动飞机（包括eVTOL、电动垂直起降飞机）、电动汽车以及随之而来的电动汽车充电站等应用领域都需要功率器件的功能不断发展。功率器件总是需要变得更快、更高效（因此运行温度更低）、更小，并最终变得更便宜。碳化硅（SiC）MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）和氮化镓（GaN）FET满足了这些要求，并正在取代传统的硅超级结MOSFET和IGBT（绝缘栅双极晶体管）。SiC和GaN MOSFET提供的优点包括宽带隙和高电子迁移率。您可能会在技术文献中遇到首字母缩略词WBG（宽带隙）和HEMT（高电子迁移率晶体管）。下一节将简要回顾一下电子能量。

　　硅、碳化硅和氮化镓之间的基本对比！

　　除带隙外，要考虑的其他重要因素是（最大）电场强度（也称为临界击穿电压）、热导率、熔点和电子（饱和）速度。最大电场强度或临界击穿电压确定了在雪崩击穿发生之前可以在半导体上施加的最大电压。当电场强度强到足以将价电子从其母原子上撕裂时，就会发生雪崩击穿。热导率是热量通过指定半导体的速率。它通常表示为每单位时间流过单位面积的热量，每单位距离的温度梯度为一度。具有高导热性的半导体可以快速散热。这意味着它们可以在更高的功率水平下运行。或者，可以将设备做得更小，从而减小其外形尺寸。饱和速度是半导体（通常是电子）中的电荷载流子在存在高电场的情况下达到的最大速度。较大的饱和速度意味着给定的设备可以在更高的频率下运行并更快地切换。载流子迁移率是电荷载流子（空穴或电子）在被电场拉动（或推动）时通过半导体移动的速度的量度。

　　对SiC和GaN之间比较的反思使我们得出了一些初步观察结果。

　　GaN的载流子迁移率、带隙和电子速度超过了SiC固有的值。因此，GaN具有比SiC更高的速度能力。

　　GaN的带隙和最大电场强度超过了与SiC相关的值。氮化镓可以在比碳化硅更高的电压下工作。

　　碳化硅具有比GaN更高的导热性和熔点。这意味着SiC比GaN更擅长在更高的温度下工作。

　　SiC的速度和电压能力较低，但接近GaN。

　　新的碳化硅产品系列允许工程师超越IGBT，而是使用两电平拓扑结构，减少器件数量，提高效率，简化控制方案。在没有开关限制的情况下，功率转换单元的尺寸和重量可以显著减小，为更多的充电站腾出空间，为支付乘客和货物提供额外的空间，或延长重型车辆、电动公交车和其他电池供电商用车辆的续航里程和运行时间，所有这些都可以降低整体系统成本。

　　当今的硅绝缘栅双极晶体管（IGBT）在此类应用中存在缺陷。作为硅IGBT的替代品，Microchip Technology扩展了其碳化硅（SiC）器件产品组合，推出了一系列高效率、高可靠性的1700V SiC MOSFET芯片、分立式和功率模块。

　　硅IGBT要求设计人员牺牲性能并使用复杂的拓扑结构，因为IGBT效率低下限制了开关频率。此外，电力电子系统的尺寸和重量被变压器弄得臃肿，只能通过提高开关频率来减小尺寸。

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