在功率器件領(lǐng)域，SiC結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（SiC JFET）憑借獨(dú)特優(yōu)勢(shì)嶄露頭角。
SiC JFET 優(yōu)勢(shì)與常開(kāi)難題
SiC JFET 在給定芯片面積下具有低導(dǎo)通電阻（RDS.A）優(yōu)勢(shì)。但它存在常開(kāi)特性，無(wú)柵源電壓或柵極懸空時(shí)會(huì)完全導(dǎo)通，然而應(yīng)用中的開(kāi)關(guān)模式通常需要常關(guān)狀態(tài)。
Cascode 結(jié)構(gòu)巧妙應(yīng)對(duì)
為解決這一問(wèn)題，將 SiC JFET 與低電壓硅MOSFET以共源共柵（Cascode）結(jié)構(gòu)結(jié)合，構(gòu)造出常關(guān)開(kāi)關(guān)模式 “FET”。Cascode 結(jié)構(gòu)通過(guò)將 SiC JFET 與低壓、常關(guān)的硅 MOSFET 串聯(lián)，JFET 柵極連到 MOSFET 源極。MOSFET 漏源電壓反向控制 JFET 柵源電壓，使整體具備常關(guān)特性，可在額定漏源電壓內(nèi)阻斷電流，不過(guò)同其他 MOSFET 一樣，反向電流能流通。當(dāng)內(nèi)部 MOSFET 導(dǎo)通或有反向電流時(shí)，JFET 柵源電壓近零，處于導(dǎo)通；MOSFET 關(guān)斷且有正 VDS 時(shí)，JFET 柵源電壓降低至閾值電壓以下從而關(guān)斷。
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分立 Cascode 結(jié)構(gòu)有并排芯片和堆疊芯片兩種。并排配置中，MOSFET 安裝在金屬鍍層陶瓷隔離器上，有兩組源極連接線(xiàn)；堆疊芯片配置則取消了 JFET 源極和 MOSFET 漏極間連接線(xiàn)，減少雜散電感，還采用小直徑連接線(xiàn)連接?xùn)艠O。
Cascode 結(jié)構(gòu)性能剖析
專(zhuān)為 Cascode 設(shè)計(jì)的 MOSFET，有源區(qū)雪崩電壓約 25V，基于 30V 硅工藝，導(dǎo)通電阻 RDS (on) 低，僅為 JFET 的 10%，反向恢復(fù)電荷 QRR 也低，JFET 負(fù)責(zé)阻斷高電壓，開(kāi)關(guān)和導(dǎo)通損耗多集中于此。Cascode 導(dǎo)通電阻 RDS (on) 包含 SiC JFET 和低壓 Si MOSFET 的導(dǎo)通電阻。柵極關(guān)斷時(shí)，反向電流流經(jīng) MOSFET 體二極管，自動(dòng)導(dǎo)通 JFET，此時(shí)源極 - 漏極電壓為 MOSFET 體二極管壓降加上 JFET 導(dǎo)通電阻壓降，因 MOSFET 為硅制，該電壓不到同類(lèi) SiC MOSFET 的一半。柵極導(dǎo)通時(shí)，正向和反向電流導(dǎo)通損耗相同。
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Cascode 柵極電壓范圍靈活，一方面 MOSFET 柵極室溫下閾值電壓接近 5V，無(wú)需負(fù)柵極電壓，柵極電壓范圍 ±20V，無(wú)閾值電壓漂移或遲滯風(fēng)險(xiǎn)，內(nèi)置柵極保護(hù)齊納二極管；另一方面 Cascode 增益高，當(dāng)柵源電壓超約 8V 時(shí)，電導(dǎo)率變化小，MOSFET 導(dǎo)通后 JFET 即完全導(dǎo)通，可用 0 至 10V 自舉電壓驅(qū)動(dòng)，降低柵極驅(qū)動(dòng)器功率和成本，更寬柵極電壓范圍（如 -5 至 + 18V）也無(wú)害。
Cascode 結(jié)構(gòu)電容特性
從電容特性看，電容變化曲線(xiàn)顯示，Cascode 與其他功率晶體管不同，沒(méi)有柵漏電容，當(dāng) VDS 超 JFET 閾值電壓后，Crss 降為零，因?yàn)?JFET 無(wú)漏極 - 源極電容。開(kāi)關(guān)電壓轉(zhuǎn)換時(shí)，Cascode 的 dVDS/dt 主要由外部電路而非柵極電阻決定。MOSFET 開(kāi)關(guān)速度可通過(guò)柵極電阻調(diào)節(jié)，JFET 開(kāi)關(guān)速度部分由 MOSFET、部分由外部電路決定，所以硬開(kāi)關(guān)時(shí)，Cascode 需漏源緩沖電路控制關(guān)斷速度抑制電壓過(guò)沖。Cascode 輸出電容 Coss 約等于 JFET 柵極 - 漏極電容，輸入電容 Ciss 主要來(lái)自 MOSFET 柵極 - 源極電容。
總結(jié)
功率器件技術(shù)持續(xù)發(fā)展，SiC JFET 與 Cascode 結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。億配芯城與ICGOODFIND緊跟行業(yè)動(dòng)態(tài)，為您提供優(yōu)質(zhì)的SiC、MOSFET等電子元器件及專(zhuān)業(yè)服務(wù)。
