2.2 静态特性

2.2.1 传递特性和阈值电压

传递特性表示 V _GS 对SiC MOSFET能够输出的最大 I _DS 的影响，用 I _DS -V _GS 曲线表示，如图2-9所示。 I _DS 随着 V _GS 的升高而增大，这是因为 V _GS 越高，SiC MOSFET的沟道开通得越充分，电子更容易通过。当 V _GS 小于11V左右时， I _DS 呈正温度系数；当 V _GS 大于11V左右时， I _DS 呈负温度系数。这就要求在并联使用时，开通驱动电压 V _GS(on) 要足够高，使SiC MOSFET工作在负温度系数区域。

在图2-9中，当 V _GS 大于某一电压后才有电流输出，此电压就是SiC MOSFET的阈值电压 V _GS(th) 。一般将 I _DS 大于某一给定阈值 I _DS(th) 时对应的 V _GS 定义为 V _GS(th) ，与 I _(BR)DSS 类似，具体标准也由各厂商给出，往往遵循器件电流等级越大 I _DS(th) 越大的规律。 V _GS(th) 的温度特性如图2-10所示， T _J 越高 V _GS(th) 越低。

SiC MOSFET具有显著的漏致势垒降低（Drain Induced Barrier Lowering, DIBL）效应，导致 V _GS(th) 随着 V _DS 的升高而下降。 T _J =25℃时，在 V _DS 为50V下， V _GS(th) 为2.04V；在 V _DS 为800V下， V _GS(th) 降低至1.74V，如图2-11所示。

SiC MOSFET的开关速度快，加之结温升高和 V _DS 升高都导致 V _GS(th) 进一步降低，非常容易导致桥臂短路，故在进行变换器设计时一定要特别注意。

2.2.2 输出特性和导通电阻

不同 V _GS 下的一簇 I _DS -V _DS 曲线描述了SiC MOSFET的输出特性，如图2-12所示。可以看到在相同的 V _DS 下， V _GS 越高则 I _DS 越大，与传递特性一致。这就要求驱动电路提供的开通驱动电压 V _GS(on) 要足够高，充分利用芯片面积、降低导通损耗。当 V _GS 小于11V左右时，结温150℃下 I _DS -V _DS 曲线比25℃下高；当 V _GS 大于11V时，结温150℃下 I _DS -V _DS 曲线比25℃下低，这一特征也与传递特性一致。

利用图2-12中的数据可以了解到 R _DS(on) 的特性。在相同的 V _GS 和 T _J 下， I _DS 越大则 R _DS(on) 越高。在相同 I _DS 和 T _J 下， V _GS 越高则 R _DS(on) 越低。当 V _GS 小于11V时， R _DS(on) 呈负温度系数；当 V _GS 大于11V时， R _DS(on) 呈正温度系数。

在相同的 I _DS 下， R _DS(on) 的温度特性呈U形曲线，如图2-13所示。在低温下 R _DS(on) 为负温度特性，在高温下 R _DS(on) 为正温度特性。这是因为构成 R _DS(on) 的各个部分具有不同的温度特性； R _ch 为负温度系数，温度升高导致 V _GS(th) 降低、沟道迁移率升高； R _JFET 和 R _drift 为正温度系数，温度升高导致晶格震动加剧，对电子的阻碍作用更加明显。在低温时，随着温度的升高， R _ch 减小的速度比 R _JFET 和 R _drift 增加的速度快，总体体现为 R _DS(on) 降低；在高温时，随着温度的升高， R _JFET 和 R _drift 增加的速度比 R _ch 减小的速度快，总体变现为 R _DS(on) 增加。另外， R _ch 还受 V _GS 的影响，故 R _DS(on) 的形态随着 V _GS 而变化。 V _GS 越小， R _DS(on) 中 R _ch 的占比越大，能在更大温度范围内影响 R _DS(on) ，故 R _DS(on) 谷底对应的 T _J 也更高； V _GS 越小， R _ch 受温度的影响越大，故在低温时 R _DS(on) 随 T _J 降低而增加得更明显。

2.2.3 体二极管和第三象限导通特性

与Si MOSFET相同，SiC MOSFET也具有体二极管，属于pn结二极管。当 V _GS 小于0V时，SiC MOSFET处于关断状态，对其施加反向 V _DS ，其体二极管导通。如图2-14所示为体二极管导通特性，由不同 V _GS 下的一簇 I _DS -V _DS 曲线表示。当反向 V _DS 大于某一电压时，体二极管才导通，此电压即为阈值电压 V _th(Diode) 。 V _GS 越负， V _th(Diode) 越大，导通压降越高，同时 V _th(Diode) 和导通压降具有负温度特性。

当 V _GS 高于 V _GS(th) 时，对其施加反向 V _DS ，SiC MOSFET工作在第三象限导通状态，导通特性由沟道特性和体二极管特性共同决定，如图2-15所示。当 V _DS 小于 V _th(Diode) 时，体二极管未导通，电流完全通过沟道导通；当 V _DS 大于 V _th(Diode) 时，体二极管和沟道共同导通，电流按照导通电阻进行分流。

通过图2-14和图2-15可见，SiC MOSFET第三象限导通压降明显小于体二极管导通压降，特别是小电流下。故可以利用同步整流技术使SiC MOSFET工作在第三象限，避免由于体二极管导通压降过大而导致损耗偏高。