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

傾佳電子（Changer Tech）-專(zhuān)業(yè)汽車(chē)連接器及功率半導(dǎo)體(SiC碳化硅MOSFET單管，SiC碳化硅MOSFET模塊，碳化硅SiC-MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片，SiC功率模塊驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)動(dòng)IC)分銷(xiāo)商，聚焦新能源、交通電動(dòng)化、數(shù)字化轉(zhuǎn)型三大方向，致力于服務(wù)中國(guó)工業(yè)電源，電力電子裝備及新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈。

傾佳電子楊茜致力于推動(dòng)國(guó)產(chǎn)SiC碳化硅模塊在電力電子應(yīng)用中全面取代進(jìn)口IGBT模塊，助力電力電子行業(yè)自主可控和產(chǎn)業(yè)升級(jí)！

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1. 正向驅(qū)動(dòng)電壓（+Vgs）的限制

根本原因：

柵氧化層擊穿電場(chǎng)限制：SiO?的介電強(qiáng)度約為10 MV/cm。當(dāng)正向電壓過(guò)高時(shí)，柵氧化層中的電場(chǎng)超過(guò)臨界值，可能導(dǎo)致?lián)舸ㄈ缃?jīng)時(shí)擊穿，TDDB）。

界面態(tài)電荷效應(yīng)：SiC與SiO?界面存在較高界面態(tài)密度（Dit），高電壓下電荷注入會(huì)引發(fā)閾值電壓（Vth）漂移，影響長(zhǎng)期可靠性。

熱載流子注入：高電場(chǎng)下，電子可能隧穿進(jìn)入氧化層，造成氧化層損傷。

性能與可靠性的權(quán)衡：

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

可靠性限制：過(guò)高的Vgs（如>+20V）會(huì)加速氧化層退化。典型設(shè)計(jì)中，Vgs通常限制在+18V~+20V，以平衡效率和可靠性。

2. 負(fù)向驅(qū)動(dòng)電壓（-Vgs）的限制

根本原因：

反向電場(chǎng)應(yīng)力：負(fù)電壓在柵氧化層中產(chǎn)生反向電場(chǎng)，可能引發(fā)電荷注入或界面態(tài)激活，導(dǎo)致閾值電壓偏移。

抗干擾需求：負(fù)壓用于確保關(guān)斷可靠性（如抑制dv/dt導(dǎo)致的誤導(dǎo)通），但過(guò)大的負(fù)壓會(huì)增加?xùn)艠O氧化層電場(chǎng)應(yīng)力。

性能與可靠性的權(quán)衡：

關(guān)斷魯棒性：負(fù)壓需足夠低（如-5V~-3V，常見(jiàn)取-4V）以快速關(guān)斷并防止誤觸發(fā)，但過(guò)低的Vgs（如<-5V）可能加劇氧化層退化。

動(dòng)態(tài)特性?xún)?yōu)化：負(fù)壓需平衡關(guān)斷速度和柵氧壽命，尤其在高溫下需更謹(jǐn)慎。

3. 綜合優(yōu)化策略

BASiC基本股份針對(duì)SiC碳化硅MOSFET多種應(yīng)用場(chǎng)景研發(fā)推出門(mén)極驅(qū)動(dòng)芯片，可適應(yīng)不同的功率器件和終端應(yīng)用。BASiC基本股份的門(mén)極驅(qū)動(dòng)芯片包括隔離驅(qū)動(dòng)芯片和低邊驅(qū)動(dòng)芯片，絕緣最大浪涌耐壓可達(dá)8000V，驅(qū)動(dòng)峰值電流高達(dá)正負(fù)15A，可支持耐壓1700V以?xún)?nèi)功率器件的門(mén)極驅(qū)動(dòng)需求。

BASiC基本股份低邊驅(qū)動(dòng)芯片可以廣泛應(yīng)用于PFC、DCDC、同步整流，反激等領(lǐng)域的低邊功率器件的驅(qū)動(dòng)或在變壓器隔離驅(qū)動(dòng)中用于驅(qū)動(dòng)變壓器，適配系統(tǒng)功率從百瓦級(jí)到幾十千瓦不等。

BASiC基本股份推出正激 DCDC 開(kāi)關(guān)電源芯片BTP1521P,BTP1521F，該芯片集成上電軟啟動(dòng)功能、過(guò)溫保護(hù)功能，輸出功率可達(dá)6W。芯片工作頻率通過(guò)OSC 腳設(shè)定，最高工作頻率可達(dá)1.5MHz，非常適合給隔離驅(qū)動(dòng)芯片副邊電源供電。

對(duì)SiC碳化硅MOSFET單管及模塊+18V/-4V驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)IC BTL27524或者隔離驅(qū)動(dòng)BTD5350MCWR(支持米勒鉗位)。

柵氧化層工藝改進(jìn)：優(yōu)化SiC/SiO?界面質(zhì)量，降低界面態(tài)密度，提升耐壓能力。

動(dòng)態(tài)電壓調(diào)整：根據(jù)溫度動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓（如高溫時(shí)略微降低Vgs），延長(zhǎng)器件壽命。

驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)：采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)降低開(kāi)關(guān)應(yīng)力，或結(jié)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(fù)向電壓需兼顧關(guān)斷可靠性與電場(chǎng)應(yīng)力

SiC MOSFET的門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓限制核心在于柵氧化層的電場(chǎng)耐受性和界面態(tài)特性。正向電壓需在低Rds(on)與氧化層壽命間折衷，負(fù)向電壓需兼顧關(guān)斷可靠性與電場(chǎng)應(yīng)力。典型應(yīng)用中，+15V~+20V（正向）和-5V~-3V（負(fù)向）是常見(jiàn)選擇，具體需結(jié)合工藝、溫度和應(yīng)用場(chǎng)景優(yōu)化。界面工程和新型柵介質(zhì)（如高k材料）可能進(jìn)一步突破現(xiàn)有限制。

審核編輯 黃宇