0 引言

近年来，电力电子领域最重要的发展是所谓的宽禁带（WBG）材料的兴起，即碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）。WBG材料的特性有望实现更小、更快、更高效的电力电子产品。WBG功率器件已经对从普通电源和充电器到太阳能发电和能量存储的广泛应用和拓扑结构产生了影响。SiC功率器件进入市场的时间比氮化镓长，通常用于更高电压、更高功率的应用。

电机在工业应用的总功率中占了相当大的比例。它们被用于暖通空调（HVAC）、重型机器人、物料搬运和许多其他功能。提高电机驱动的能效和可靠性是降低成本的一个重要途径。SiC在高功率工业驱动中的应用越来越多。SiC的独特性能使其成为应对这些挑战的首选电力电子材料。

1 SiC材料特性

SiC是一种半导体材料，它的带隙（3.26 eV）比硅（1.12 eV）大，对电力电子器件来说有许多有利的特性。

SiC的介电击穿强度比硅高10倍（图1）。功率电子开关最重要的功能之一是保持高电压。由于介电强度高，SiC可支持高电压在较短的距离内通过器件。这个距离也是垂直器件中沟道和漏极触点之间的漂移区域。更短的漂移区域降低了器件的电阻，使产生的功率损耗更低。

宽带隙也减少了热激发载流子的数量，导致自由电子减少，漏电流降低。此外，与传统Si器件相比，SiC漏电流小，而且在更大的温度范围内很稳定。这使得SiC MOSFET和二极管成为高温应用的更高效选择。

SiC的热导率比硅高3倍，可实现更好的散热。功率电子器件的散热是系统设计的重要一环。SiC的热导率使开关的工作温度和热应力降低。……