碳化硅(SiC)是第3代半导体材料的典型代表，具有高禁带宽度、高击穿电场和高功率密度、高电导率、高热导率等优越的物理性能，应用前景广阔。

目前，东芝的碳化硅MOSFET也已经发展到了第3代，新推出的650V和1200V电压产品现已量产。其栅极驱动电路设计简单，可靠性得到进一步的提高。

碳化硅MOSFET的优势

相同功率等级的硅MOSFET相比，新一代碳化硅MOSFET导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，其高温工作特性也大大提高了器件的高温稳定性。其优点包括工作温度高、阻断电压高、损耗低、开关速度快四大方面。

在相同的功率等级下，设备中功率器件的数量、散热器体积、滤波元件体积都能大大减小，同时效率也有大幅度的提升，有助于实现车辆电气化和工业设备的小型化。

器件的基本特性

东芝第3代碳化硅MOSFET

东芝第3代碳化硅MOSFET的主要特性如下

(1)单位面积导通电阻低(RDS(ON)A)

(2)低漏源导通电阻×栅漏电荷(RDS(ON)×Qgd)

(3)低二极管正向电压：VDSF=-1.35V(典型值)@VGS=-5V

(4)内置SBD实现低VF和高可靠性(继第二代产品之后)

(5)显著改善导通电阻和开关损耗

(6)抗噪性高，使用方便

东芝第3代碳化硅MOSFET主要规格

功能特性分析

东芝推出的第3代TWxxNxxxC系列，共有10款产品，包括5款1200V和5款650V产品。

与第2代产品一样，这些新一代MOSFET内置了与碳化硅MOSFET内部PN结二极管并联的碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)，其正向电压(VF)低至-1.35V(典型值)，可以抑制RDS(on)波动，从而提高了可靠性。

内置SBD抑制波动

不过，当MOSFET采用SBD单元时，会使MOSFET的性能下降：单位面积导通电阻(RDS(ON)A)及代表导通电阻和高速的品质因数(Ron*Qgd)增大。为了降低单位面积导通电阻通常会增加芯片面积，但这又带来了单位成本的问题。

为此，东芝利用先进的碳化硅工艺显著改善了单位面积导通电阻RDS(ON)A和Ron*Qgd。新产品的RDS(ON)A比第二代产品降低了43%，从而使漏源导通电阻×栅漏电荷(Ron*Qgd)降低了约80%，开关损耗约降低约20%，有助于提高设备效率。此外，由于栅极驱动电路设计简单，可防止开关噪声引起的故障。

东芝第3代碳化硅MOSFET和第二代产品的结构

新产品RDS(ON)A的改进

在VDD=800V，ID=20A，L=100μH，RG(外部栅极电阻)=4.7Ω测量条件下，测量的第2代和第3代碳化硅MOSFET的导通和关断波形如下图所示。

两代产品的导通和关断波形

产品应用方向

东芝650V和1200V第3代碳化硅MOSFET拥有更低的功耗，适用于大功率且高效、高功率密度的各类应用，如开关电源(数据中心、服务器、通信设备等)、不间断电源(UPS)、光伏逆变器、电动汽车充电站等。

东芝也在不断扩大其功率器件产品线，强化生产设施，并通过提供易于使用的高性能功率器件，为中高功率密度应用赋能，努力实现碳中和经济。