【導讀】安森美具有卓越 RDS（on）*A 性能的 SiC JFET，特別適用于需要大電流處理能力和較低開關(guān)速度的應用，如固態(tài)斷路器和大電流開關(guān)系統(tǒng)。得益于碳化硅（SiC）優(yōu)異的材料特性和 JFET 的高效結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)更低的導通電阻和更佳的熱性能，非常適合需要多個器件并聯(lián)以高效管理大電流負載的應用場景。
安森美具有卓越 RDS（on）*A 性能的 SiC JFET，特別適用于需要大電流處理能力和較低開關(guān)速度的應用，如固態(tài)斷路器和大電流開關(guān)系統(tǒng)。得益于碳化硅（SiC）優(yōu)異的材料特性和 JFET 的高效結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)更低的導通電阻和更佳的熱性能，非常適合需要多個器件并聯(lián)以高效管理大電流負載的應用場景。
SiC Combo JFET 技術(shù)概覽
對于需要常關(guān)器件的應用，可以將低壓硅（Si） MOSFET與常開碳化硅（SiC） JFET串聯(lián)使用，以創(chuàng)建共源共柵（cascode）結(jié)構(gòu)。在這種設置中，SiC JFET負責處理高電壓，而Si MOSFET提供常關(guān)功能。這種組合充分利用了SiC JFET的高性能以及Si MOSFET易于控制的優(yōu)點。
安森美 Combo JFET 將一個 SiC JFET 和一個低壓Si MOSFET 集成到一個封裝中，在滿足小尺寸需求的同時，還具有高性能的常關(guān)特性。 此外，通過各種柵極驅(qū)動配置，該 Combo JFET 還提供了諸如與具有 5V 閾值的硅器件的柵極驅(qū)動兼容性、更高可靠性和簡化速度控制等優(yōu)勢。
產(chǎn)品介紹
Combo JFET 將一個 SiC JFET 和一個低壓Si MOSFET 集成到一個封裝中，SiC JFET 和低壓 MOSFET 的柵極均可使用。
圖 1 Combo JFET 結(jié)構(gòu)
由于 JFET 和低壓 MOSFET 柵極均可使用，Combo JFET 具有多種優(yōu)勢。 這些優(yōu)勢包括過驅(qū)動（overdrive）時 RDS（on）降低，通過外部cascode 簡化柵極驅(qū)動電路，通過 JFET 柵極電阻調(diào)節(jié)開關(guān)速度，以及通過測量柵極-源極壓降來監(jiān)測 JFET 結(jié)溫。
安森美 SiC Combo JFET 產(chǎn)品系列
表 1 和圖 2 顯示了 Combo JFET產(chǎn)品和可用封裝。
表 1 Combo JFET產(chǎn)品清單
圖 2 Combo JFET封裝和原理圖
安森美 SiC Combo JFET器件的特性和優(yōu)勢
表 2 總結(jié)了 安森美 SiC Combo JFET器件的特性和優(yōu)勢
表 2 安森美 SiC Combo JFET的特性和優(yōu)勢
本節(jié)評估的靜態(tài)特性包括 RDS（on）、峰值電流 (IDM)、RθJC（從結(jié)點到外殼的熱阻）。 對于電路保護和多路并聯(lián)應用，dv/dt 可控性至關(guān)重要。 以 750V 5mOhm TOLL 封裝 (UG4SC075005L8S) 器件為例，評估其靜態(tài)特性和動態(tài)特性。
靜態(tài)特性
如表 3 所示，安森美先進的 SiC JFET 技術(shù)在市場上實現(xiàn)了卓越的電氣性能和熱性能。
表3 安森美 Combo JFET主要參數(shù)
安森美 Combo JFET具有低RDS(on)、高 IDM和低熱阻特性。
低 RDS(on)：安森美 Combo JFET器件采用 SiC JFET 技術(shù)，單位面積 RDS(on)顯著降低（Rds?A）。 該器件采用靈活、可從外部配置的cascode結(jié)構(gòu)（SiC Combo-FET）來實現(xiàn)常關(guān)操作。在 安森美 SiC Combo JFET結(jié)構(gòu)中，低電壓 Si MOSFET 對總 RDS(on)的貢獻不到 10%。圖 1 顯示了 TOLL 封裝中 RDS(on)的對比。
圖3 TOLL封裝的RDS(on) 的對比
更高的 IDM：峰值電流對于電路保護應用至關(guān)重要，而高 IDMSiC Combo JFET正是實現(xiàn)這一目的的理想選擇。電路保護應用因其特定的工作條件而要求穩(wěn)健性和大電流穿越能力。
圖4 采用 Combo JFET封裝的 JFET 的 IDM
低RθJC：安森美的SiC Combo JFET采用銀燒結(jié)裸片貼裝技術(shù)，與大多數(shù)焊接材料相比，界面導熱性能提高了六倍，從而在更小的裸片尺寸下實現(xiàn)相同甚至更低的結(jié)至外殼熱阻（RθJC）。低RθJC有助于保持較低的結(jié)溫，并確保更高的可靠性。
動態(tài)特性
通過調(diào)整 Combo JFET配置中的 JFET 柵極電阻，可實現(xiàn)出色的速度可控性，從而帶來以下優(yōu)勢：
?通過降低關(guān)斷速度來減少電壓過沖，可加強電路保護，尤其是短路保護。
?易于并聯(lián)，在開關(guān)損耗和動態(tài)電流平衡之間實現(xiàn)了出色的權(quán)衡。
功率循環(huán)
功率器件的可靠性及壽命評估對于提高系統(tǒng)可靠性和延長使用壽命至關(guān)重要，尤其是對于新興的寬禁帶（WBG）半導體（如SiC、GaN等）而言。功率器件的主要失效模式與熱機械疲勞（TMF）有關(guān)。功率熱循環(huán)測試是一種加速測試方法，被測器件（DUT）頻繁地開關(guān)，使其結(jié)溫以一種受控的方式循環(huán)變化。這種方法通過施加熱機械應力來評估封裝（接線、裸片貼裝等）的可靠性。同時，它也對半導體裸片和封裝元器件（接線、引線等）施加電應力，相比被動溫度循環(huán)測試，能更準確地模擬實際應用中遇到的溫度梯度變化。
在堆疊結(jié)構(gòu)中，Si MOSFET位于SiC JFET之上，電源線連接到Si MOSFET的源極金屬化層。由于硅的硬度低于碳化硅，在功率循環(huán)過程中產(chǎn)生的熱機械應力顯著減少，從而使功率循環(huán)壽命延長至原來的2倍。此外，無論是從Si MOSFET到SiC JFET，還是從SiC JFET到散熱焊盤，都采用了銀燒結(jié)裸片貼裝（silver sinter die-attach）技術(shù)，相比現(xiàn)今廣泛使用的焊接裸片貼裝（solder die-attach，常見于SiC分立器件），進一步增強了可靠性。
柵極控制方法
用于固態(tài)斷路器的 Combo JFET有兩種主要控制方法：準cascode驅(qū)動模式和直接驅(qū)動模式。
圖5 Combo JFET驅(qū)動模式：準cascode驅(qū)動模式（左）和直接驅(qū)動模式（右）
對于大功率開關(guān)模式應用，除了圖 3 所示的上述兩種控制方法外，我們還開發(fā)并推薦使用 ClampDRIVE。 或者采用最簡單的柵極控制方法，用單個 JFET 柵極電阻來調(diào)整其開關(guān)速度，詳見圖 4。
圖6 開關(guān)模式應用中 Combo JFET的控制方法（左：恒定 JFET 柵極電阻，右：ClampDRIVE）
結(jié)語
安森美SiC Combo JFET具有極低 RDS(on)和可控開關(guān)速度，可為斷路器和大功率低開關(guān)速度應用實現(xiàn)卓越的效率和功率密度。它還具有與硅器件相當?shù)墓β恃h(huán)性能（可靠性和使用壽命），比 SiC MOSFET 高出 2 倍以上。
（作者：安森美）
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