世平安森美 NVH4L017N120M3E /1200V SiC MOSFET Competitor Benchmarking

一、前言：

自從第三代半導體問世以來，第三代半導體正日益成為當今科技領域的熱門話題，其在高速運算、能源效率和高頻通信等領域展現出了巨大的應用潛力。隨著這一新興技術的快速發展，我們迫切需要對其性能進行全面的評估和測試，以確保其在實際應用中能夠達到預期的效果。本報告旨在通過Benchmark Test對安森美(onsemi) NVH4L017N120M3E /1200V SiC MOSFET進行全面的評估，並提供有價值的數據和洞察，以促進其在各領域的進一步應用和發展。

二、本報告有以下品牌1200V , TO-247-4L SiC MOS與onsemi NVH4L017N120M3E 進行比對，表一是基本參數比較：

• Infineon IMZA120R014M1H
• Wolfspeed C3M0016120K
• Rohm SCT4018KR
• ST SCTWA70N120G2V

onsemi M3e NVH4L017N120M3E

   表一 : 基本參數比較 (資料來源onsemi官網)

三、各品牌內部晶片(Die) 佈局如圖一 , 晶片使用率如表二：

   

圖一 (資料來源onsemi官網)

表二(資料來源onsemi官網)

 

**使用率Utilization越高(公式如下)，晶片面積貢獻電流的部分就越大！

     Utilization Ratio=(Active Area)/(Die Area)

四、靜態參數比較：R_DSON and Specific ON-State Resistance (R_SP)

• R_DSON 與R_SP 關係如下定義：
  • R_DSON (mΩ)
  • Active Area (cm²)
  • R_{SP(mΩ * cm^{2  ) = RDSON  x  Active Area}}
• 低R_SP 的影響：Impact of Lower R_SP
  • 運作晶片區域的電流強度較高(Higher Amperage for a given Die Area)
  • 降低成本Lower $/Amps

     **新一代產品都會以降低 RSP為目標，

圖二 : 各廠牌順向 I-V 特性比較：25°C 和 175°C (資料來源onsemi官網)

              圖三 : 各廠牌順向導通電阻Rds_on比較：25°C 和 175°C(資料來源onsemi官網)

劣  <-----各廠牌順向導通電阻Rds_on評比----->優

表三：各品牌特定導通電阻 (RSP)在25°C 和 175°C比較(資料來源onsemi官網)

表四：各品牌在25°C 和 175°C的特定導通電阻比較(資料來源onsemi官網)

五、規格書(Datasheet) 中其他參數的影響：

• Threshold Voltage閾值電壓（VTH）
• 較高的 VTH 可防止在較高溫度下誤開啟。
• 高 VTH 允許 0V 閘極關斷電壓，從而提高長期可靠性。
• Leakage Current漏電流 (IDSS) :
• 較低的 IDSS 可提高阻斷電壓或溫度升高時的系統可靠性。
• Gate Charge閘極電荷 (QG) :
• 更低的 QG → 更低的開關損耗和更高的開關速度。
• Parasitic Capacitance寄生電容:
• 總閘極電荷 (QG) = 寄生電容中儲存的電荷
• 取決於元件設計、製程和漏源極電壓
• 影響開關損耗
• 影響寄生元件的開啟

                                                                                               

圖四 :各品牌閾值電壓 (VTH) 和漏電流 (IDSS) 評比(資料來源onsemi官網)                                         

圖五 : Gate Charge閘極電荷 (QG)評比(資料來源onsemi官網)

              圖六 : MOSFET 寄生電容評比(資料來源onsemi官網)

                    **onsemi M3e 具有最低的 CRSS 值，這在逆變器應用中至關重要！

六、動態特性評比– 交流開關 (AC Switching)

測試條件：DC Bus Voltage = 800V , T_VJ = 25°C and 175°C , V_GS = Mfg. Recommended

Values , R_G = 5 Ω (R_G-INT + R_G-EXT) , L = 200 µH

              圖七 : Turn-ON (EON) 損耗評比：25°C 和 175°C (資料來源onsemi官網)

              圖八 : Turn-OFF

(EOFF) 損耗評比：25°C 和 175°C (資料來源onsemi官網)

圖九 : Turn – ON Transient: 800V, 100A, 175°C評比 (資料來源onsemi官網)

圖十 : Turn – OFF Transient: 800V, 100A, 175°C評比 (資料來源onsemi官網)

表五：Switching Transient 評比小結(資料來源onsemi官網)

    **onsemi M3e 是競爭對手中最快的開關！

圖十一 : Switching Energy(uJ)評比 (資料來源onsemi官網)

 

七、動態特性評比– Short Circuit Robustness 短路耐受度

測試條件：DC Bus Voltage = 800V , T_VJ = 25°C , V_GS = Mfg. Recommended Values

R_G = 8 Ω (R_G-INT + R_G-EXT)

圖十二 : Infineon IMZA120R014M1H短路測試(資料來源onsemi官網)

圖十三 : Wolfspeed C3M0016120K短路測試(資料來源onsemi官網)

圖十四 : Rohm SCT4018KR短路測試(資料來源onsemi官網)

圖十五 : ST SCTWA70N120G2V短路測試(資料來源onsemi官網)

圖十六 : onsemi M3e NVH4L017N120M3E短路測試(資料來源onsemi官網)

圖十七 : 各廠牌短路耐受度評比(資料來源onsemi官網)

 

SCWT 小結： 在同樣測試條件下，Infineon和Rohm的 SCWT 最高為 4 µs。Wolfspeed 的 SCWT 為第二高，為 2 µs。Onsemi 和 ST 裝置的 SCWT 最低，

                       分別為 1.75 µs 和 1.5 µs。