10kV SiC LBD-MOSFET：超高压功率器件的新突破

"10 kV SiC LBD-MOSFET结构设计与特性研究" 本文主要探讨了10 kV碳化硅（SiC）LBD-MOSFET（横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管）的结构设计与特性，这是针对新一代“新基建”背景下对更高性能功率半导体器件需求的回应。新基建项目如5G网络、特高压、大数据中心等，都对功率半导体器件提出了更严苛的要求，尤其是对于耐压能力、工作频率和效率的提升。 传统的硅基或绝缘体上的硅功率器件虽然仍是市场主流，但其性能已接近极限，无法满足大功率、高频应用的需求。相比之下，碳化硅材料因其独特的物理特性，如高的临界击穿电场、高的热导率和饱和电子漂移速率，成为超高压大功率应用的理想选择。目前，商业化SiC功率器件主要集中在650～3300V的中高压范围，包括二极管和MOSFET等。 10 kV SiC MOSFET的研发具有显著的优势，它能简化系统设计，减少元器件数量，降低寄生效应，提高电能转换效率。2004年，世界上首个10 kV SiC MOSFET由研究人员在4H-SiC外延衬底上制成，展示了良好的开关性能和较低的导通电阻。随后，Cree、Powerex、GE和NIST等公司在2011年联合开发出10 kV SiC MOSFET，应用于1MW的固态变电站，进一步证明了其在大功率领域的应用潜力。 近年来，日本先进功率电子研究中心也在150μm厚的4H-SiC衬底上成功研制出13.1kV的超高压SiC MOSFET，采用逆向掺杂分布的JFET区设计，实现了低漏电流和相对较高的比导通电阻。 这些研究成果展示了10 kV SiC MOSFET在提高电力系统效率、简化电路设计和提升系统可靠性方面的巨大潜力。随着技术的进步，未来10 kV及以上的超高压功率器件有望实现更广泛的应用，推动能源转换技术的革新，支持新基建领域的发展。