SiC碳化硅MOSFET驱动电压的限制源于栅氧可靠性与器件性能之间的权衡

碳化硅（SiC）MOSFET的Vgs正负驱动电压限制的根本原因源于其栅氧化层（通常为SiO₂）的电场耐受能力和界面特性，需在栅氧可靠性与器件性能之间进行权衡。以下是具体分析：

倾佳电子（Changer Tech）-专业汽车连接器及功率半导体(SiC碳化硅MOSFET单管，SiC碳化硅MOSFET模块，碳化硅SiC-MOSFET驱动芯片，SiC功率模块驱动板，驱动IC)分销商，聚焦新能源、交通电动化、数字化转型三大方向，致力于服务中国工业电源，电力电子装备及新能源汽车产业链。

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1. 正向驱动电压（+Vgs）的限制

根本原因：

栅氧化层击穿电场限制：SiO₂的介电强度约为10 MV/cm。当正向电压过高时，栅氧化层中的电场超过临界值，可能导致击穿（如经时击穿，TDDB）。

界面态电荷效应：SiC与SiO₂界面存在较高界面态密度（Dit），高电压下电荷注入会引发阈值电压（Vth）漂移，影响长期可靠性。

热载流子注入：高电场下，电子可能隧穿进入氧化层，造成氧化层损伤。

性能与可靠性的权衡：

导通电阻（Rds(on)）：提高正向电压可增强沟道导电性，降低导通损耗（如Vgs从+15V升至+18V，Rds(on)显著降低）。

可靠性限制：过高的Vgs（如>+20V）会加速氧化层退化。典型设计中，Vgs通常限制在+18V~+20V，以平衡效率和可靠性。

2. 负向驱动电压（-Vgs）的限制

根本原因：

反向电场应力：负电压在栅氧化层中产生反向电场，可能引发电荷注入或界面态激活，导致阈值电压偏移。

抗干扰需求：负压用于确保关断可靠性（如抑制dv/dt导致的误导通），但过大的负压会增加栅极氧化层电场应力。

性能与可靠性的权衡：

关断鲁棒性：负压需足够低（如-5V~-3V，常见取-4V）以快速关断并防止误触发，但过低的Vgs（如<-5V）可能加剧氧化层退化。

动态特性优化：负压需平衡关断速度和栅氧寿命，尤其在高温下需更谨慎。

3. 综合优化策略

BASiC基本股份针对SiC碳化硅MOSFET多种应用场景研发推出门极驱动芯片，可适应不同的功率器件和终端应用。BASiC基本股份的门极驱动芯片包括隔离驱动芯片和低边驱动芯片，绝缘最大浪涌耐压可达8000V，驱动峰值电流高达正负15A，可支持耐压1700V以内功率器件的门极驱动需求。

BASiC基本股份低边驱动芯片可以广泛应用于PFC、DCDC、同步整流，反激等领域的低边功率器件的驱动或在变压器隔离驱动中用于驱动变压器，适配系统功率从百瓦级到几十千瓦不等。

BASiC基本股份推出正激 DCDC 开关电源芯片BTP1521P,BTP1521F，该芯片集成上电软启动功能、过温保护功能，输出功率可达6W。芯片工作频率通过OSC 脚设定，最高工作频率可达1.5MHz，非常适合给隔离驱动芯片副边电源供电。

对SiC碳化硅MOSFET单管及模块+18V/-4V驱动电压的需求，BASiC基本股份提供自研电源IC BTP1521P系列和配套的变压器以及驱动IC BTL27524或者隔离驱动BTD5350MCWR(支持米勒钳位)。

栅氧化层工艺改进：优化SiC/SiO₂界面质量，降低界面态密度，提升耐压能力。

动态电压调整：根据温度动态调节驱动电压（如高温时略微降低Vgs），延长器件寿命。

驱动电路设计：采用软开关技术降低开关应力，或结合有源钳位电路限制栅极电压尖峰。

正向电压需在低Rds(on)与氧化层寿命间折衷，负向电压需兼顾关断可靠性与电场应力

SiC MOSFET的门极驱动电压限制核心在于栅氧化层的电场耐受性和界面态特性。正向电压需在低Rds(on)与氧化层寿命间折衷，负向电压需兼顾关断可靠性与电场应力。典型应用中，+15V~+20V（正向）和-5V~-3V（负向）是常见选择，具体需结合工艺、温度和应用场景优化。界面工程和新型栅介质（如高k材料）可能进一步突破现有限制。