以硅器件为基础的电力电子技术，因大功率场效应晶阐管(功率MOS)和绝缘栅双极晶阐管(IGBT)等新型电力电子器件的全面应用而日臻成熟。目前这些器件的开关性能，已随其结构设计和制造工艺的相当完善，而接近其材料特性决定的理论极限，依靠硅器件继续完善和提高电力电子器件装置与系统的潜力已十分有限。
伴随新世纪的到来，实用化和商品化的碳化硅有特基势垒功率晶体管以其初露的优势特性，证实了它在改善以硅器件为基础的电力电子技术方面将引起革命性变化。
碳化硅作为一种完禁带半导体材料，不但击穿电场强波高、热稳定性好，还具有载流子饱和漂移速度高、热导率高等特点。可以用来制造各种耐高温的高频大功率器件。碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)以及碳化硅场效应器件，是当前比较典型的碳化硅电力电子器件。
碳化硅肖特基势垒二极管
许多金属，例如镍(Ni)、金(Au)、铂(Pt)、钯(Pa)、钛(Ti)、钴(Co)等都可以与碳化硅形成有特基势垒接触。其势垒高度一般在leV以上。美国北卡州立大学功率半导体研究中心于1992年最先报道了全世界首次研制成功的6H-SiC肖特基二极管，其阻断电压为400V。1994年报道阻断电压提高到1000V，接近其理论设计值。随后，碳化硅肖特基势垒二极管的研究迅速传到欧洲发达国家，使用材料扩大到4H-SiC,阻断电压也有很大提高。目前，对大功率碳化硅肖特基势垒二极管的研究已达到小面积(直径0.5mm)器件的阻断电压超过4000V，大面积(直径1mm)器件已能达到1000V。
碳化硅场效应器件
碳化硅功率MOS在结构上与硅功率MOS没有太大区别。一般也都采用DMOS或VMOS结构。但是由于碳化硅的临界击穿电场强度较高，VMOS凹槽弯角处的氧化层电场往往很高，超过氧化层所能承受的范围。后来科学家用P+隐埋层在栅氧化层下的n-表面产生一极薄的耗尽区，从而构成了一个常闭型场效应器件，其阻断电压可以达到2000V以上，最高可达到7000V，其通态电阻，比硅低250倍。
碳化硅功率双极器件
用碳化硅可以制造阻断电压很高的双极器件。譬如高压pin二极管和晶闸管等。按理论计算，设计一个反向阻断电压为25kV的硅二极管是完全不可能的。但如果采用碳化硅材料却十分容易。目前，接近20kV的碳化硅Pin二极管已经商品化。碳化硅功率双极器件，早期主要使用6H-SiC和3C-SiC材料，近几年倾向使用4H-SiC。由于当前阻断电压4500V以上GTO需求量大，所以碳化硅功率器件的研发主要向GTO集中。目前已报道阻断电压可以达到3100V以上。
总之，碳化硅电力电子器件的研制进展十分快，正在向传统电力电子器件发起全面挑战。碳化硅电力电子器件将引发电力电子器件的一场革命。
摘自：中国电子报