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基于硅（Si）半導體材料的功率器件的性能逐漸接近材料理論極限，很難通過技術革新和工藝改進獲得器件性能的大幅度提升，以碳化硅SiC(Silicon Carbide)為代表的寬禁帶半導體材料制作的新型功率器件應運而生。與傳統硅器件相比，碳化硅功率器件具有導通電阻低、擊穿電壓高、結-殼熱阻低、極限工作溫度高等優點。目前商業化的SiC功率器件主要有SiC MOSFET和SiC JFET，但SiC MOSFET存在柵極氧化層可靠性問題，SiC JFET存在某些類型是常通器件不便于使用和溫度系數偏大等問題。傳統Si BJT由于驅動復雜、存在二次擊穿等問題，已逐漸淡出電力電子變換器應用場合。但隨著SiC器件研究熱潮的掀起，SiC BJT表現出優異的性能。SiC SJT是超高電流增益的常斷型SiC三極管，不存在傳統Si三極管的二次擊穿問題，其反向偏置安全工作區呈矩形，具有很低的導通壓降Vds（on），開關速度快，工作頻率可達數10 MHz，且具有300℃以上高溫工作能力。這種晶體管應用于功率電子電路，可以顯著提高整機效率，縮小系統尺寸，減少元件數，減輕散熱負擔。
為了正確理解和應用SiC SJT，本文對SiC SJT的特性與參數進行了深入的分析，并對目前業界最好水平的幾種1200V耐壓Si IGBTs進行了針對性比較研究。這3種Si IGBT為①NPT1：125℃/1200V/14A定額硅非穿通型IGBT；②NPT2：150℃/1200V/10A定額硅非穿通型IGBT；③TFS：175℃/1200V/15A 額定硅TrenchStop IGBT。3 種IGBT的封裝內都集成了反并聯的快恢復二極管。
1. SiC SJF的靜態特性
1.1 通態特性
SiC SJT的典型輸出特性如圖1所示，SiC SJT的漏源偏置電壓接近零，飽和區不明顯，在飽和區不同柵極電流下的I-V曲線并不在飽和區的重合。這兩個特點表明SiC SJT在漂移區中缺乏電荷存儲，這與傳統的Si三極管有較大差異。SiC SJT的這種固有特性使其在不同溫度下都可以獲得較快的開關速度，開關速度受溫度影響較小。
在相同的溫度下，SiC SJT的通態壓降比Si IGBT的低，在25℃時其壓降Vds（on）為1.5 V，在125℃時為2.5 V（漏電流為7A）。與多數載流子器件的特性相似，SiC SJT的導通壓降Vds（on）呈正溫度系數，這使其易于并聯擴容。文中1200V/7A 定額的SJT 在25℃工作溫度下其導通電阻值為235 m?（柵極電流為400mA）。當結溫從25℃增加到250℃時，最大電流增益從72下降到39，見圖2。
1.2 阻斷特性
如圖3所示，為SiC SJT的阻斷特性。這種SiC SJT額定阻斷電壓為1200V，在325℃高溫時，漏電流仍較低，小于100µA 。
圖4給出SiC SJT與Si-IGBT在不同溫度情況下測得的漏電流。Si-IGBT在超過175℃結溫后漏電流太大，不能正常工作，而SiC SJT可達325℃，受現有封裝技術的限制，未能進一步增加工作溫度。與Si-IGBT對比，SiC SJT的漏電流隨溫度增加的速率較低。
2. SiC SJT的門極控制特性
SiC SJT既可以工作于門極電流控制模式（如圖1），也可以工作于門極電壓控制模式（如圖5）。
圖5給出1200V/7A定額的SJT在門極電壓模式控制下測得的輸出特性，在門極電壓VGS=4V時，SiC SJT可以獲得7A的額定電流。這一驅動電壓值比驅動SiC MOSFET所需的典型電壓值20V要小得多。圖6給出7A SiC SJT不同溫度下的轉移特性。室溫下（25℃），7A電流處的小信號跨導為7.4 S，當溫度為125℃時，跨導降為7.1S。25℃時，門極門檻電壓為2.8 V，250℃時門檻電壓降為2.4 V。圖中轉移特性在更高電流下出現飽和現象是因為用于測試的波形記錄器的門極驅動電路功率限制所致。
3. SiC SJT的開關特性
采用雙脈沖電路對SiC SJT和Si-IGBT的開關特性進行了測試。圖7、圖8分別給出開通過程和關斷過程中不同器件組合下的開關能量測試結果。SiC SJT的開通時間和關斷時間表現出良好的溫度穩定性，在25℃~250℃范圍內，開通時間保持在12ns左右，關斷時間保持在14 ns左右，與其它器件組合相比，開關能量低很多。
圖9給出所有器件組合在fs=100 kHz，占空比D=0.7時的損耗對比結果。SiC SJT在250℃時的門極驅動損耗、導通損耗和開關損耗分別為5.25 W、26.65 W和20 W。雖然SiC SJT的驅動損耗比Si-IGBT的驅動損耗高得多，但其對總損耗的影響較小。采用全SiC器件組合（SiC SJT與SiC Doide）比全Si器件組合（Si IBGT與Si Doide）的損耗至少降低了50%。
4. 安全工作范圍
4.1 反向偏置安全工作區
傳統的Si BJT因存在二次擊穿問題，限制了高壓工作時的最大電流。然而SiC SJT具有接近理想矩形的反向偏置安全工作區。圖10和圖11給出兩種極端情況下關斷安全工作區的測試結果。圖10對應額定漏極偏置電壓（800 V）、3倍額定漏極電流（22A）；圖11對應額定電流7A、更高的漏極偏置電壓1250V。由圖10和圖11可見，SiC SJT在超高的漏極電流和漏極電壓偏置下仍能安全關斷，這也同時可推斷出SiC SJT具有理想的矩形反偏安全工作范圍。
4.2 短路安全工作區
采用1200V/7A SiC SJT進行的短路能力測試和雪崩特性測試結果如圖12和圖13所示。SiC SJT在漏極電壓為800 V，門極電流為0.2A時切換到短路狀態，短路電流達到13A，持續了22µs。這比SiC MOSFET通常能夠承受的10µs短路典型時間要長得多。在這樣的短路條件下，SiC SJT直到持續25µs時才損壞。額定電流為7A的SiC SJT在7A電流和1mH電感下，進行鉗位開關轉換工作，單脈沖雪崩能量EAS達到20.4 mJ。
5. 結論
通過對1200V/7A SiC超結晶體管（SJT）和三種一流的商業用Si IGBTs的電氣性能的比較，可得SiC SJT具有更低的漏電流、電阻和開關時間。同時更寬的工作溫度范圍，更高的電流增益，更長的短路承受時間和方形反向偏置安全工作區使得其能夠工作在更多的場合。除此之外，相較于Si IGBTs，SiC SJT能有效地大幅降低能量損耗。
