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EO POWER - MAGGIO 2022 XXV SIC MOSFETS a semiconduttore deve fluire attraverso un’area chiamata regione di deriva (Fig. 1). Il ruolo di quella regione è bloccare completamente la tensione nominale durante lo stato OFF. Una più elevata tensione di blocco richiede una maggiore lunghezza del canale, il che implica una maggiore resistenza. Ciò indica pertanto il fatto che le prestazioni ideali del commutatore di potenza (power switch) peggiorano a tensioni nominali più elevate. Se consideriamo le proprietà del materiale, ovvero il silicio, il supporto di tensioni nominali superiori a 200 V sta creando grossi problemi, a causa del canale troppo ampio (il che rende il dispositivo elettricamente ed economicamente non sostenibile dal punto di vista sia elettrico sia economico). I dispositivi bipolari come gli IGBT sono particolarmente utili in tali situazioni (a patto di scendere a compromessi per quel che riguarda la commutazione) mentre una valida alternativa è rappresentata dai semiconduttori WBG ( Wide-Band Gap ) che forniscono un’ottima soluzione con compromessi minimi. La figura 2 evidenzia i vantaggi Fig. 2 – Un energy band gap più ampio tra le bande di valenza e di conduzione rende il SiC un migliore isolatore nello stato OFF e consente di ridurre lo spessore del MOSFET di un’ampia banda di valenza (le particelle non possono occupare questa banda). Il vantaggio principale di un materiale “ wide-band gap ” è che è un miglior isolatore nella modalità di blocco (più vicino all’isolatore a sinistra) e un ottimo conduttore in modalità di conduzione (la mobilità dei portatori è elevata sia nel silicio sia nel carburo di silicio). I vantaggi dei semiconduttori Wide-Band Gap È stato già detto che i semiconduttori WBG consentono la realizzazione di una struttura MOSFET intrinsecamente veloce per tensioni di blocco molto elevate. Ciò si rivela particolarmente utile per i convertitori DC-DC inmodalità risonante. Le caratteristiche di uscita (Fig. 3a) illustrano meglio le prestazioni di conduzione di un tale dispositivo. Per il confronto viene utilizzato IGBT in silicio: vediamo che in alcuni punti di incrocio, in prossimità dei valori della corrente nominale di entrambi i dispositivi, il MOSFET SiC assicura migliori prestazioni (la caduta di tensione è inferiore). Ciò alla fine si traduce in una curva di efficienza piatta che va a vantaggio di tutti i convertitori che operano prevalentemente con carichi di valore ridotto o appena superiore alla potenza nominale. Una caratteristica molto interessante della struttura dei SiC-MOSFET viene evidenziata nel terzo quadrante, a volte chiamato quadrante di rettifica, mostrato nella figura 3c. In questa modalità il MOSFET SiC può funzionare come diodo oppure se viene attivato il canale questo “apre” il dispositivo producendo una perdita di conduzione estremamente piccola. Uno switch di questo tipo funziona come interruttore bidirezionale con prestazioni quasi identiche in entrambe le direzioni. Le sfide del pilotaggio del gate Richiesta di tensioni di gate più elevate: in genere, Fig. 3 – Le tre caratteristiche elettriche più importanti che influenzano direttamente la scelta del power switch