碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料的代表，凭借其宽禁带特性（3.2eV）、高击穿电场强度（10倍于硅）、高热导率（3倍于硅）以及高电子饱和漂移速度等优势，为功率二极管带来了革命性进步。SiC二极管主要分为以下四类：

1、肖特基势垒二极管（SBD）：其基本结构是采用金属-SiC半导体接触形成肖特基势垒，而非PN结，属于单极性器件（仅多数载流子导电）。其关键特性有：

1）几乎无反向恢复电荷（Qrr极低），显著降低开关损耗。

2）耐压范围可达650V-1700V，突破硅基SBD的200V耐压限制。

3）正向压降（VF）具有正温度系数，避免热失控风险。

4）反向漏电流（IR）相对较高，但高温下仍可控。

2、结势垒肖特基二极管（JBS）：JBS在结构有所创新，在SBD基础上集成P+区，形成肖特基与结势垒协同结构。其主要的性能优势：

1）大幅抑制反向漏电流，解决高压SBD的泄漏问题。

2）保持SBD的高速开关特性。

3）支持更高工作结温（>175°C）和更大电流密度。

4）浪涌承受能力优于纯SBD结构。

3、混合PIN肖特基二极管（MPS）：MPS的技术特点是结合SBD与PiN结构的混合设计，最新一代器件代表（如Vishay第三代SiC二极管）。其核心优势如下：

1）超低电容电荷（低至28nC），减少开关损耗。

2）正向压降进一步降低（典型值1.35V@1200V级）。

3）反向漏电流极低（25°C下仅2.5μA）。

4）无恢复拖尾现象，提升高频效率。

4、PiN二极管：这类二极管适用领域主要面向超高电压应用（3300V以上）。其性能特点如下：

1）导电调制效应实现超低通态损耗。

2）反向恢复问题在高电压段相对可接受。

3）在硅基PiN优势区域（中低压）已被SiC SBD替代。

下表是整理的碳化硅二极管主要类型特性对比：

接下来就谈一谈Si基二极管。硅（Si）作为第一代半导体材料，其功率二极管技术成熟，成本低廉，但受限于材料特性（禁带宽度1.1eV，击穿场强低），在高压高频场景面临挑战。主要分为四类：

1、通用整流二极管：一般为50/60Hz工频整流（如桥式整流电路）。其主要的特性参数：VF约1V（标准硅PN结压降）；trr较长（>μs级），不适用高频；反向恢复电荷（Qrr）高，开关损耗大。通用整流二极管的一般应用在交流整流、电源反接保护。

2、开关二极管：是介于通用型与FRD之间的中速器件。其关键特性是trr优化至数百ns，优于通用型；VF仍保持约1V；无反向恢复尖峰抑制设计。主要应用于低频开关电源、微控制器外围电路。

3、肖特基势垒二极管（Si-SBD）：其结构特点是金属-硅接触（非PN结）。这种二极管有一个非常大的优势：超快开关速度（trr<100ns）；低正向压降（0.5-0.8V@数安培）。但这种二极管也有一些缺陷，比如：耐压限于200V以下，高压应用受限；反向漏电流大，高温下易热失控。其主要应用于DC/DC转换器二次侧整流。

4、快速恢复二极管（FRD）：其本质就是优化PN结的少子寿命控制技术。因此表现出很明显的特点：耐压可达800V以上，弥补Si-SBD不足；trr显著缩短（几十至数百ns）；牺牲部分VF特性（高压型号VF≈2V）；恢复电流随温度升高显著增大。FRD主要应用于AC/DC转换器、逆变器电路。

以下是硅基二极管主要类型特性对比：

现在我们将碳化硅二极管与硅二极管综合比较一下，首先从材料和物理特性来作对比。

如下是碳化硅和硅的材料特性比较：

从物理特性来看：碳化硅的宽禁带特性使其能在175℃，甚至200°C以上高温环境稳定工作，而硅器件通常限制在150°C以内。另外高击穿场强特性允许SiC二极管漂移层更薄且掺杂浓度更高，实现小型化低电阻特性（相同耐压下芯片尺寸仅为硅的1/10）。高热导率的特性显著降低热阻，提升功率密度和可靠性。

从器件结构与电气特性来看：

正向导通特性：SiC SBD在高压（>600V）应用中VF接近Si-FRD，但Si-SBD在200V以下仍具VF优势。

反向漏电流：高压SiC二极管IR与超快Si二极管相当，但随温度变化更平缓。

反向恢复(trr)：SiC SBD因单极性工作几乎无反向恢复电流（仅电容放电），而Si-FRD存在显著反向电流尖峰和拖尾。SiC的trr仅为Si-FRD的1/10且基本不受温度影响。

正向恢复：Si二极管存在导通压降过冲（导通电导调制效应），而SiC二极管无此现象。

温度特性差异：Si二极管的VF负温度系数（易热失控），trr和Qrr随温度显著增加（150°C时Qrr可翻倍）。而SiC二极管的VF正温度系数（利于并联均流），trr和Qrr基本与温度无关。

碳化硅二极管和硅基二极管从应用特性比较来看，首先是开关损耗表现：SiC二极管在PFC电路中开关损耗降低70%，尤其在硬开关拓扑中优势显著；Si-FRD在高频下因Qrr导致开关损耗主导效率。其次是电磁兼容性(EMI)：SiC的软恢复特性减少电流尖峰和振铃，降低EMI滤波器设计难度；Si-FRD需要RC缓冲器抑制di/dt，增加损耗。

碳化硅二极管的系统级优势：SiC的高频特性允许使用小型化无源元件（电感、电容、变压器），提升功率密度；SiC的高温耐受能力可简化散热设计，降低系统重量和成本。

下表是SiC与Si二极管综合性能对比：

在应用场景上面，碳化硅和硅基的二极管也是有很多不同的地方

1、太阳能逆变器

Si方案痛点：Si-FRD在PFC和升压电路中高温下Qrr剧增，导致效率下降（>150°C时损耗显著）。

SiC优势体现：全温度范围保持高效率（-55°C至175°C）；消除反向恢复损耗，系统效率提升1-3%；高频运行允许减小电感尺寸，降低系统成本；典型方案：1200V SiC JBS用于DC-AC逆变桥臂。

2、新能源汽车充电器：

Si方案局限：Si-FRD在400V/800V高压平台下开关损耗大，散热设计复杂。

SiC核心价值：耐压余量充足（650V/1200V/1700V平台）；功率密度提升30%+，减轻充电器重量；双管集成封装优化空间利用率；典型应用：车载充电机(OBC)的PFC级采用650V SiC SBD。

3、开关电源/DC-DC转换器： 

Si-SBD受限于200V耐压，Si-FRD高频损耗大，面对高频高频应用有很大的挑战：。

SiC解决方案：MPS结构器件（如Vishay第三代）实现超低Qrr（28nC）；轻载效率显著提升（反向漏电流仅2.5μA）；LLC谐振转换器输出整流效率>99%；典型设计：数据中心电源的PFC和同步整流采用1200V SiC MPS二极管。

4、 工业驱动器：

因其工业环境需求：高温、高可靠性、抗浪涌能力。这里主要是看一下SiC性能表现：结温175°C稳定运行，适应高温环境；浪涌承受能力达260A（TO-247封装）；模块化设计降低寄生电感，提升系统可靠性。典型应用：工业电机驱动的逆变器续流二极管。

关于未来发展趋势：

1）技术方向：MPS结构成为主流（第三代产品普及），激光退火与减薄工艺进一步降低VF和热阻。1700V及以上高压器件性能优化，3300V SiC PiN二极管需求增长。

2）成本趋势：随着6英寸/8英寸晶圆量产，SiC二极管成本持续下降，与Si-FRD价差缩至2-3倍（曾达10倍）。

3）集成方案：SiC二极管与SiC MOSFET共封装模块（如全SiC模块）市场渗透率提升，尤其在新能源汽车主驱逆变领域。

4）可靠性标准：2000小时HTRB测试和2000次热循环成为行业基准，高CTI塑封料（CTI≥600）确保绝缘可靠性。

总之，碳化硅二极管凭借材料先天优势和持续创新的器件结构（JBS、MPS等），在效率、频率、温度和可靠性等维度全面超越硅基二极管。尤其在600V以上高压、10kHz以上高频及高温工作环境中，SiC-SBD和SiC-JBS已成为替代Si-FRD的首选技术方案。随着成本下降和制造工艺成熟，SiC二极管正从高端工业领域向消费电子和汽车应用普及，推动电力电子系统向高效化、高频化、小型化方向持续演进。设计人员需根据具体应用场景的电压、频率、温度及成本要求，在SiC与Si方案之间做出最优选择。