用于轨道牵引系统的高功率SiC器件的研究开发
图6：IGBT和全SiC的功率损耗
图6是低开关频率和高开关频率（fsw）下1200 V / 100 A Si IGBT和全SiC MOSFET模块之间功率损耗的比较。在fsw等于5 kHz时，全SiC模块的功耗比IGBT降低45％，并且fsw增加到20 kHz时功耗降低73％。
SiC功率器件的发展及其在铁路运输中的应用
（1）SiC器件的设计和检测
图7：SiC MOSFET设计与模拟
图7（a）是结构设计，图7（b）显示出了SiC MOSFET在端接区域的横截面的电场分布的模拟。由于栅极氧化物是SiC器件可靠性的急需解决的关键问题，因此在SiC中的栅极氧化物的工艺优化以改善这种层的退化问题。如图7（c）所示，通过不同的退火处理减少Dit。图7（d）是跨越SiC MOSFET单元深度的注入离子密度的分布。
图8：(a) 1700V/200A SiC-SBD; (b) 3300V/50A SiC-SBD; (c) 1200V/20A SiC-MOSFET; (d) 3300V/40A SiC-MOSFET
图8显示了四种典型类型的SiC晶片，图8（a）是1700V / 200A SBD晶片，图8（b）是3300V/50A SBD晶片，图8（c）是 1200V / 20A MOSFET晶片，图8（d）是3300V / 40A MOSFET晶片。如图所示，SBD器件的SiC晶片使用率要高得多，而MOSFET器件的使用率则相当低。这也反映出SiC MOSFET的工艺尚未完全发展，需要进一步开发以改善质量和工艺控制。由于SiC芯片具有更高的开关频率和更高的工作温度，因此需要针对这两个问题优化模块的设计。
图9：工业标准130×140mm大功率SiC模块：（a）设计模型; （b）电热模拟
图9（a）显示了具有低杂散电感的全SiC功率模块的新设计模型，其小于20nH。SiC芯片的高工作温度需要良好的热钝化从而减少对封装材料和芯片的热应力。图9（b）显示了所设计的全SiC模块的低热阻抗的FEM模拟结果，结果表明从结到壳体的热阻小于50K / kW。
二极管的性能对于反向导电功率模块中的功率开关（IGBT）非常重要，并且SiC SBD的优点将有利于具有Si IGBT的混合SiC功率模块的整体性能。
图10：SiC功率模块：（a）1700V / 1600A混合SiC模块; （b）3300V / 500A混合SiC模块; （c）3300 V/ 500A混合模块接通特性; （d）静态特性。
集成有SiC SBD的Si IGBT的混合功率模块如图10所示。图10（c）显示了3300V / 500A混合SiC功率模块的接通特性。由于低电感功率模块设计，其过电压非常低。室温和高温下Si模块和混合SiC模块之间静态特性的比较如图10（d）所示，混合SiC模块在两个温度下都呈现低导通电压。
图11：全SiC功率模块：（a）1200V / 200A全SiC模块; （b）3300V / 500A全SiC模块
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