วิธีการใช้มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สามกับการออกแบบด้านพลังงานเพื่อประสิทธิภาพและสมรรถภาพที่สูงขึ้น

การขับเคลื่อนอย่างไม่หยุดยั้งเพื่อประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น และขนาดเล็กลง รวมถึงเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้งานด้านพลังงานต่าง ๆ ที่ เช่น ตัวขับมอเตอร์อุตสาหกรรม อินเวอร์เตอร์/ตัวแปลง AC/DC และ DC/DC เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ และระบบกักเก็บพลังงาน ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพเชิงรุกเหล่านี้เกินความสามารถของมอสเฟตซิลิกอน (Si) และนำไปสู่สถาปัตยกรรมทรานซิสเตอร์รุ่นใหม่ที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ (SiC)

แม้ว่าอุปกรณ์รุ่นใหม่เหล่านี้จะมีประโยชน์อย่างมากในการประเมินประสิทธิภาพหลัก แต่นักออกแบบก็ควรที่จะระมัดระวังอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นแรก เนื่องจากข้อจำกัดต่าง ๆ และความไม่แน่นอนในการใช้งาน อุปกรณ์รุ่นที่สองที่มีการปรับปรุงสเปคพร้อมกับเข้าใจในรายละเอียดปลีกย่อยของอุปกรณ์ดีขึ้น เนื่องจากประสิทธิภาพของมอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์เพิ่มขึ้นและความกดดันด้านเวลาสู่ตลาดเพิ่มมากขึ้น นักออกแบบจึงใช้อุปกรณ์รุ่นใหม่เหล่านี้เพื่อให้เป็นไปตามวัตถุประสงค์ของผลิตภัณฑ์ อีกไม่นาน อุปกรณ์รุ่นที่สามจะแสดงให้เห็นถึงความสมบูรณ์ของอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ อุปกรณ์เหล่านี้ให้ผู้ใช้มีการปรับปรุงพารามิเตอร์ที่สำคัญในขณะที่สร้างประสบการณ์ในการออกแบบและความเชี่ยวชาญที่เกี่ยวข้องของอุปกรณ์รุ่นก่อน

บทความนี้เปรียบเทียบซิลิกอนกับซิลิกอนคาร์ไบด์ก่อนที่จะพูดถึงการพัฒนาและการเปลี่ยนไปใช้มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สาม จากนั้นจะแนะนำตัวอย่างจริงจาก Toshiba Semiconductor and Storage Corp. (Toshiba) เพื่อแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์เหล่านี้จะสามารถช่วยนักออกแบบมีก้าวหน้าที่สำคัญในการออกแบบระบบไฟฟ้าได้อย่างไร

ซิลิกอนกับซิลิกอนคาร์ไบด์

ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมามอสเฟตที่ใช้ซิลิกอนได้เปลี่ยนแปลงการออกแบบระบบไฟฟ้าตั้งแต่อุปกรณ์พื้นฐานและอินเวอร์เตอร์ไปจนถึงอุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์ พร้อมกับทรานซิสเตอร์เกตไบโพลาร์หุ้มฉนวน (IGBT) ซึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้งานได้จริง แต่มีโครงสร้างและคุณลักษณะที่แตกต่างกันมาก โดยมอสเฟตซิลิกอนที่ปรับให้เหมาะสมที่สุดได้เปลี่ยนจากการแปลงพลังงานแบบดั้งเดิมที่ไม่มีประสิทธิภาพและการจัดการตามโทโพโลยีเชิงเส้นให้มีประสิทธิภาพมากขึ้น และมีขนาดกะทัดรัดโดยใช้การควบคุมแบบสวิตช์

การออกแบบเหล่านี้ส่วนใหญ่ใช้รูปแบบของการมอดูเลตปรับความกว้างพัลส์ (PWM) เพื่อรักษาแรงดันไฟ กระแสไฟ หรือค่ากำลังไฟฟ้าที่ต้องการในการป้อนกลับแบบลูปปิด เมื่อการใช้มอสเฟตซิลิกอนเพิ่มขึ้น ความต้องการก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน นอกจากนี้ เป้าหมายด้านประสิทธิภาพใหม่ (หลาย ๆ อย่างขึ้นอยู่กับข้อบังคับ) ตลาดสำหรับรถยนต์ไฟฟ้าและการควบคุมมอเตอร์ที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น การแปลงพลังงานสำหรับพลังงานหมุนเวียน และระบบกักเก็บพลังงานที่เกี่ยวข้องเป็นสิ่งผลักดันให้มอสเฟตทำได้หลายอย่างยิ่งขึ้นและทำได้ดียิ่งขึ้น

เกิดความพยายามในการวิจัยและพัฒนาจำนวนมากได้ปรับปรุงประสิทธิภาพของมอสเฟตที่ใช้ซิลิกอน แต่นักวิจัยตระหนักดีว่าความพยายามนี้กำลังมาถึงจุดที่ผลลัพธ์แย่ลง โชคดีที่พวกเขามีทางเลือกในทางทฤษฎีโดยอิงจากอุปกรณ์สวิตช์ไฟที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นสารตั้งต้นแทนที่จะใช้ซิลิกอนเพียงอย่างเดียว

ทำไมต้องใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์

ด้วยเหตุผลทางฟิสิกส์เชิงลึกหลายประการซิลิกอนคาร์ไบด์มีลักษณะทางไฟฟ้าหลักสามประการที่แตกต่างจากซิลิกอนเพียงอย่างเดียวเป็นอย่างมาก และแต่ละอย่างนำมาซึ่งข้อได้เปรียบในการทำงาน นอกจากนี้ยังมีความแตกต่างอื่น ๆ ที่ละเอียดขึ้นไป (รูปที่ 1)

รูปที่ 1: การเปรียบเทียบคร่าว ๆ ระหว่างคุณสมบัติของซิลิกอนคาร์ไบด์กับซิลิกอนที่ใช้เป็นวัสดุหลักและแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) วัสดุที่เป็นของแข็ง (แหล่งที่มาภาพ: Researchgate)

ลักษณะทางไฟฟ้าที่สำคัญทั้งสามคือ:

• แรงดันสนามไฟฟ้าวิกฤตที่สูงกว่าประมาณ 2.8 เมกะโวลต์/เซนติเมตร (MV/cm) เทียบกับ 0.3 MV/cm ของซิลิกอน ดังนั้นจึงสามารถการทำงานที่ระดับแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดด้วยชั้นที่บางกว่ามาก ซึ่งช่วยลดความต้านทานขณะใช้งาน (R_DS(on)) ของเดรนและซอร์สได้อย่างมาก
• การนำความร้อนที่สูงขึ้น ทำให้มีความหนาแน่นกระแสในพื้นที่หน้าตัดสูงขึ้น
• ช่องว่างระหว่างแถบพลังงานที่กว้างขึ้น (ความแตกต่างของพลังงานในโวลต์อิเล็กตรอนระหว่างส่วนบนของแถบวาเลนซ์และด้านล่างของแถบการนำไฟฟ้าในเซมิคอนดักเตอร์และฉนวน) ส่งผลให้กระแสไฟรั่วลดลงที่อุณหภูมิสูง ด้วยเหตุผลนี้ ไดโอดซิลิกอนคาร์ไบด์และทรานซิสเตอร์สนามไฟฟ้า (FET) มักถูกเรียกว่าอุปกรณ์ที่ช่องว่างระหว่างแถบพลังงานที่กว้าง (WBG)

เป็นผลให้อุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์สามารถป้องกันแรงดันไฟฟ้าได้สูงกว่าโครงสร้างที่มีซิลิกอนเพียงอย่างเดียวถึงสิบเท่า พวกเขาสามารถสวิตช์ได้เร็วขึ้นประมาณสิบเท่าและมี R_DS(on) ที่ 25°C ครึ่งหนึ่งหรือน้อยกว่า ในขณะที่ใช้พื้นที่เท่ากัน (ทั้งหมดเป็นค่าโดยประมาณ) นอกจากนี้การสูญเสียในอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์ที่เกี่ยวข้องกับการสวิตช์ปิดยังน้อยกว่า เนื่องจากไม่มีกระแสไฟส่วนปลายที่เป็นอันตราย ในขณะเดียวกันก็ยังสามารถในการทำงานที่อุณหภูมิสูงกว่าประมาณ 200°C เทียบกับ 125°C ของอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอน ซึ่งจะช่วยลดปัญหาการออกแบบและการจัดการระบายความร้อน

เนื่องจากคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพและความก้าวหน้า อุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์จึงมีความโดดเด่นในการใช้งานด้านกำลังไฟฟ้าเทียบกับความเร็ว โดยใช้ IGBT, มอสเฟตซิลิกอน และอุปกรณ์ GaN (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: คุณลักษณะด้านประสิทธิภาพของมอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์ ซึ่งเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายและครอบคลุมช่วงกำลังไฟฟ้าและความถี่ (แหล่งที่มาภาพ: Toshiba)

เส้นทางจากวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์และลักษณะของอุปกรณ์ไปสู่มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์เชิงพาณิชย์นั้นไม่ใช่เรื่องง่าย (รูปที่ 3) หลังจากความพยายามในการวิจัยและการผลิตอย่างกว้างขวาง อุปกรณ์ตัวแรกที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ ซึ่งก็คือไดโอด Schottky ที่เปิดตัวในปีค.ศ. 2001 ในสองทศวรรษหลังจากนั้น อุตสาหกรรมได้พัฒนาและเผยแพร่ปริมาณการผลิตมอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่หนึ่ง สอง และสาม แต่ละรุ่นมีการปรับปรุงพารามิเตอร์เป้าหมายเฉพาะ พร้อมกับแลกเปลี่ยนที่แตกต่างกัน

รูปที่ 3: เรื่องราวของอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์เชิงพาณิชย์เริ่มต้นด้วยไดโอด Schottky ซิลิกอนคาร์ไบด์เชิงพาณิชย์ตัวแรกซึ่งปรากฏในปีค.ศ. 2001 (แหล่งที่มาภาพ: IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017)

โปรดทราบว่าสิ่งสำคัญคือต้องมีความชัดเจนเกี่ยวกับคำศัพท์ต่าง ๆ เช่นเดียวกับรุ่นก่อนที่มีซิลิกอนเท่านั้น FET ที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ คือ มอสเฟต กล่าวคือโครงสร้างทางกายภาพภายในมีความคล้ายคลึงกัน และทั้งสองเป็นอุปกรณ์สามขั้วที่มีการเชื่อมต่อซอร์ส เดรน และเกต ความแตกต่างเป็นไปตามชื่อที่ระบุ: FET ที่ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์เป็นวัสดุพื้นฐานแทนที่จะใช้ซิลิกอนเพียงอย่างเดียว

เริ่มด้วยรุ่นแรกและรุ่นที่สอง

มีพารามิเตอร์มากมายที่กำหนดลักษณะการทำงานของอุปกรณ์สวิตชิ่ง ในบรรดาพารามิเตอร์แบบคงที่จำนวนมาก ได้แก่ แรงดันใช้งานสูงสุดและพิกัดกระแสไฟสูงสุด พร้อมด้วยค่าฟิกเกอร์ออฟเมอริท (FoM) สองค่า: R_DS(on) และอุณหภูมิการทำงานสูงสุดซึ่งสัมพันธ์กับความสามารถในการจัดการกำลังไฟฟ้าสำหรับขนาดและแพ็คเกจที่กำหนด

ในฐานะอุปกรณ์สวิตชิ่ง พารามิเตอร์ไดนามิกก็มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจากจำเป็นสำหรับการประเมินการสูญเสียจากสวิตชิ่ง ซึ่ง FoM แบบไดนามิกที่อ้างถึงมากที่สุดคือผลของ R_DS(on) และค่าเกต R_DS(on) × Q_g ในขณะที่สิ่งที่สำคัญมากขึ้นคือค่าฟื้นตัวย้อนกลับ Q_rr โดยขนาดและความจุของไดรเวอร์เกทที่จำเป็นในให้และรับกระแสไฟให้กับอุปกรณ์สวิตชิ่งอย่างเหมาะสม และทำได้โดยไม่มีการโอเวอร์โหลด เสียงเตือน หรือการบิดเบือนอื่น ๆ ถูกกำหนดโดย FoM เหล่านี้เป็นหลัก

การใช้งานและการเติบโตของตลาดอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นแรกได้รับผลกระทบจากปัญหาความน่าเชื่อถือ หนึ่งในนั้นเกี่ยวข้องกับไดโอด PN ซึ่งอยู่ระหว่างซอร์สของมอสเฟตและเดรน แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับไดโอด PN จะเพิ่มพลังงาน ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของความต้านทานตอนใช้งานซึ่งลดความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์

รุ่นที่สองของโตชิบาได้ปรับเปลี่ยนโครงสร้างอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์พื้นฐานโดยใช้ไดโอด Schottky (SBD) ที่อยู่ในมอสเฟต เพื่อแก้ปัญหานี้ส่วนใหญ่ (รูปที่ 4) สิ่งนี้ปรับปรุงความน่าเชื่อถือมากกว่าระดับขนาด โครงสร้างใหม่นี้ป้องกันการกระตุ้นของไดโอด PN โดยการวางตำแหน่ง SBD ให้ขนานกับไดโอด PN ภายในเซลล์ กระแสไหลผ่าน SBD ภายใน เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าในสถานะต่ำกว่าไดโอด PN ดังนั้นจึงระงับการเปลี่ยนแปลงบางอย่างในความต้านทานขณะใช้งานและการลดความน่าเชื่อถือของมอเฟต

รูปที่ 4: แตกต่างจากมอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์ทั่วไปที่ไม่มีไดโอด Schottky (SBD) ภายใน (ซ้าย) ตัวที่มี (ขวา) สามารถลดพลังงานของไดโอด PN แอบแฝงได้ (แหล่งที่มาภาพ: Toshiba)

มอสเฟตที่มี SBD ในตัวมีการใช้งานจริงแล้ว แต่เฉพาะในผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าแรงสูง เช่น อุปกรณ์ 3.3 กิโลโวลต์ (kV) เนื่องจาก SBD ภายในทำให้ความต้านทานสุดท้ายเพิ่มขึ้นถึงระดับที่ผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าแรงสูงเท่านั้นที่จะทนได้ Toshiba ได้ปรับพารามิเตอร์อุปกรณ์ต่าง ๆ และพบว่าอัตราส่วนของพื้นที่ SBD ในมอสเฟตเป็นกุญแจสำคัญในการกดค่าการต้านทานขณะใช้งานที่เพิ่มขึ้น ด้วยการปรับอัตราส่วน SBD ให้เหมาะสม Toshiba ได้คิดค้นมอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์คลาส 1.2 kV โดยมีการปรับปรุงในด้านความน่าเชื่อถือ

อย่างไรก็ตาม มีการแลกเปลี่ยน เช่นเดียวกับการปรับปรุงหลายอย่าง แม้ว่าโครงสร้างอุปกรณ์ใหม่จะปรับปรุงความน่าเชื่อถือได้อย่างมาก แต่ก็ส่งผลเสียต่อ FoM สองค่า โดยค่า R_DS(on) เพิ่มขึ้นเล็กน้อย เช่นเดียวกับ R_DS(on) × Q_g ที่ลดประสิทธิภาพของมอสเฟต เพื่อชดเชยและลดความต้านทานตอนใช้งาน มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สองได้เพิ่มพื้นที่ ซึ่งเป็นการเพิ่มต้นทุนเช่นกัน

รุ่นที่สามแสดงถึงการพัฒนาที่แท้จริง

เมื่อรับทราบข้อกังวลนี้ Toshiba จึงได้พัฒนาอุปกรณ์มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สาม เรียกว่า กลุ่ม TWXXXN65C/TWXXXN120C อุปกรณ์เหล่านี้ปรับโครงสร้างของชั้นการกระจายกระแสไฟให้เหมาะสมเพื่อลดขนาดเซลล์และยังให้พิกัดแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น การสวิตชิ่งที่เร็วขึ้น และความต้านทานขณะใช้งานที่ต่ำลง

ความต้านทานตอนใช้งานลดลงบางส่วนโดยการลดความต้านทานการแพร่กระจาย (R_spread) กระแส SBD เพิ่มขึ้นโดยการฉีดไนโตรเจนเข้าไปที่ด้านล่างของบริเวณการแพร่กระจายแบบ P แบบกว้าง (P-well) ของมอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์ Toshiba ยังลดขอบเขต JFET และฉีดไนโตรเจนเพื่อลดความจุป้อนกลับและความต้านทาน JFET เป็นผลให้ความจุป้อนกลับลดลงโดยไม่เพิ่มความต้านทาน การทำงานที่เสถียรโดยไม่ผันผวนของความต้านทานตอนทำงานจากการจัด SBD ให้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุด

ปัจจุบันอุปกรณ์กลุ่มนี้ประกอบด้วยมอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์ขนาด 650 โวลต์และ 1,200 โวลต์ที่ออกแบบมาสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมกำลังสูง เช่น อุปกรณ์จ่ายไฟ AC/DC 400 โวลต์และ 800 โวลต์ อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV) และ DC/DC แบบสองทิศทาง ตัวแปลง DC สำหรับเครื่องสำรองไฟ (UPS) มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์ทั้ง 650 โวลต์และ 1,200 โวลต์อยู่ในแพ็คเกจ TO-247 สามสายมาตรฐานอุตสาหกรรม (รูปที่ 5)

รูปที่ 5: มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สาม 650 โวลต์และ 1200 โวลต์ของ Toshiba อยู่ในแพ็คเกจ T0-247 มาตรฐาน เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการแปลงพลังงาน การควบคุม และการจัดการ (แหล่งที่มาภาพ: Toshiba)

ในมอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สามเหล่านี้ FoM ค่า R_DS(on) × Q_g ลดลง 80% เมื่อเทียบกับอุปกรณ์รุ่นที่สองของโตชิบา ในขณะที่การสูญเสียจากการสวิตชิ่งลดลงประมาณ 20% เทคโนโลยีไดโอด Schottky ในตัวยังมีแรงดันไฟฟ้านำกระแสต่ำเป็นพิเศษ (V_F )

มีรายละเอียดปลีกย่อยในการออกแบบอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับมอสเฟต V_GSS ตัวอย่างเช่น V_GSS คือแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่สามารถใช้ได้ระหว่างเกตและซอร์ส ในขณะที่เดรนและซอร์สต่อถึงกัน สำหรับอุปกรณ์ซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สาม V_GSS มีค่าเท่ากับ 10 ถึง 25 โวลต์ โดยมี 18 โวลต์เป็นค่าที่แนะนำ พิกัด V_GSS ที่มีค่ากว้างช่วยให้การออกแบบง่ายขึ้นและปรับปรุงความน่าเชื่อถือในการออกแบบ

นอกจากนี้ ความต้านทานต่ำและแรงดันเกณฑ์เกตที่เป็นแรงดันไฟฟ้าช่วงมอสเฟตเริ่มทำงานที่สูงขึ้น (V_GS(th)) ช่วยป้องกันการทำงานผิดปกติ เช่น การเปิดใช้งานโดยไม่ได้ตั้งใจเนื่องจากการสไปค์ ความผิดพลาด และการโอเวอร์ชูต แรงดันไฟฟ้านี้มีตั้งแต่ 3.0 ถึง 5.0 โวลต์ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพการสวิตช์ที่คาดการณ์ได้ โดยมีการดริฟท์น้อยที่สุดในขณะที่อนุญาตให้มีการออกแบบตัวขับเกทที่เรียบง่าย

ศึกษามอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สาม 650 โวลต์และ 1200 โวลต์อย่างใกล้ชิด

อุปกรณ์สองตัวที่ตรงข้ามกันของกลุ่มอุปกรณ์ 650 โวลต์และ 1200 โวลต์มีความสามารถมากมาย แพ็คเกจจริง พินเอาต์ และสัญลักษณ์แผนผังสำหรับทั้งหมดนั้นเหมือนกัน (รูปที่ 6) แต่ลักษณะเฉพาะต่างกัน

รูปที่ 6: สมาชิกทั้งหมดในกลุ่มมอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สามของ Toshiba ทั้งหมดมีการรูปแบบทางกายภาพและสัญลักษณ์แผนผังเหมือนกัน สังเกตสัญลักษณ์ไดโอด Schottky (แหล่งที่มาภาพ: Toshiba)

อุปกรณ์ 650 โวลต์หนึ่งตัวคือ TW015N65C เป็นอุปกรณ์ N-channel ที่มีกำลังไฟ 100 แอมแปร์ (A) และ 342 วัตต์ ค่าข้อมูลจำเพาะทั่วไปคือความจุอินพุต (C_ISS) 4,850 พิโกฟารัด (pF) ค่าเกตอินพุตต่ำ (Q_g) ที่ 128 นาโนคูลอมบ์ (nC) และ R_DS(on) ปกติเพียง 15 มิลลิโอห์ม (mΩ)

นอกจากตารางค่าต่ำสุด ค่าปกติ และค่าสูงสุดสำหรับพารามิเตอร์แบบคงที่และไดนามิกแล้ว เอกสารข้อมูลยังมีกราฟที่แสดงประสิทธิภาพของพารามิเตอร์ที่สำคัญเทียบกับปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิ กระแสเดรน และแรงดันเกต-ซอร์ส (V_GS) ตัวอย่างเช่น ค่าของ R_DS(on) เทียบกับอุณหภูมิ กระแสเดรน (I_D) และแรงดันเกทซอร์ส V_GS แสดงในรูปที่ 7

รูปที่ 7: แสดงเป็นกราฟที่แสดงลักษณะการต้านทานต่อของ TWO15N65C จากมุมมองที่แตกต่างกัน รวมถึงกระแสเดรน อุณหภูมิแวดล้อม และ V_GS (แหล่งที่มาภาพ: Toshiba)

ข้อมูลจำเพาะและกราฟชุดเดียวกันแสดงไว้ในรูปที่ 8 สำหรับอุปกรณ์ 1200 โวลต์ เช่น TW140N120C, อุปกรณ์ N-channel 20 A, 107 วัตต์ มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์นี้มีค่า C_ISS ต่ำที่ 6000 pF ค่าเกตอินพุต (Q_g) ที่ 158 นาโนคูลอมบ์ (nC) และ R_DS(on) ที่ 140 mΩ

รูปที่ 8: กราฟแสดงลักษณะความต้านทานสำหรับ TW140N120C (แหล่งที่มาภาพ: Toshiba)

มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สามของ Toshiba มีอยู่ 10 รุ่นประกอบด้วยอุปกรณ์ 650 โวลต์ห้ารุ่น และ 1200 โวลต์ห้ารุ่น ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ค่าความต้านทานไฟฟ้า กระแสไฟ และกำลังไฟฟ้ามีค่าดังนี้:

650 โวลต์:

• 15 mΩ, 100 A, 342 วัตต์ (TWO15N65C)
• 27 mΩ, 58 A, 156 วัตต์
• 48 mΩ, 40 A, 132 วัตต์
• 83 mΩ, 30 A, 111 วัตต์
• 107 mΩ, 20 A, 70 วัตต์

1200 โวลต์:

• 15 mΩ, 100 A, 431 วัตต์
• 30 mΩ, 60 A, 249 วัตต์
• 45 mΩ, 40 A, 182 วัตต์
• 60 mΩ, 36 A, 170 วัตต์
• 140 mΩ, 20 A, 107 วัตต์ (TW140N120C)

สรุป

มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์มีการปรับปรุงพารามิเตอร์สวิตชิ่งที่สำคัญ เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนเพียงอย่างเดียว เมื่อเทียบกับรุ่นก่อน ๆ ส่วนประกอบซิลิกอนคาร์ไบด์รุ่นที่สามมีสเปคและ FoM ที่ได้รับการปรับปรุง ความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น การกำหนดลักษณะเฉพาะของข้อกำหนดไดรเวอร์เกตที่ดีขึ้น และข้อมูลเชิงลึกที่มากขึ้นเกี่ยวกับรายละเอียดปลีกย่อยในการออกแบบที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เมื่อใช้มอสเฟตซิลิกอนคาร์ไบด์เหล่านี้ ผู้ออกแบบระบบไฟฟ้าจะมีทรัพยากรหลักเพิ่มเติมที่สามารถใช้เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพที่สูงขึ้น ขนาดที่เล็กลง และประสิทธิภาพโดยรวมที่ดีขึ้น