先以IGBT為例，看一下短路時，功率元件內部發生了什麼事？

功率元件正常運作時處於飽和區，CE電壓很低，此時裝置電流隨CE電壓增加而上升。 隨著CE電壓進一步提升，反型層通道被夾斷，元件電流相對保持穩定，不再隨CE電壓上升而上升，我們稱之為退出飽和區。 在IGBT的輸出特性曲線上，我們能看到明顯的退飽和現象。 （關於IGBT退飽和特性更詳細分析可參考如何理解IGBT的退飽和現像以及安全工作區）

有的SiC MOSFET沒有短路能力，是因為它沒有退飽和特性嗎？ 非也，SiC MOSFET也有退飽和特性，只不過對於MOSFET，工作區的命名方式和IGBT正好相反，正常工作的狀態為線性區。 當DS之間電壓上升到一定程度後，通道夾斷，電流隨DS電壓上升的趨勢變小，這時MOSFET進入了飽和區。 只不過從輸出特性來看，對於SiC MOSFET，進入飽和的拐點不太明顯。 SiC MOSFET進入飽和區的拐點不太明顯，和DIBL（漏致勢壘降低效應）有關，有興趣了解的讀者請戳這篇文章SiC MOSFET的短溝道效應。

我們以下圖為例，來說明SiC MOSFET的一類短路過程。 這是兩個45mΩ 1200V CoolSiC™ MOSFET的短路波形：一個是4腳的TO-247封裝，另一個是3腳TO-247封裝。 圖中顯示了兩者在VDS=800V的直流電壓下的情況。

短路剛開始發生時，漏極電流迅速上升，很快就到達一個峰值。 由於開爾文源設計中的回授迴路減少，4腳TO-247封裝的MOSFET的電流上升得更快，在短路事件開始時，它也顯示出較少的自熱，峰值電流很高，超過300A。 相反，3腳TO-247封裝的裝置顯示出較小的峰值電流。 造成這種情況的主要原因是di/dt作用於3腳元件的功率迴路中的雜散電感，產生的瞬時電壓對VGS產生負回饋，從而降低了開關速度。 隨後，短路電流造成SiC MOSFET晶片結溫上升，通道遷移率μn隨之降低，同時疊加JFET效應，使得短路電流自峰值後開始下降，漏極電流下降到約150A，直到關斷。 測試波形證明了兩種封裝的TO-247 CoolSiC™ MOSFET的典型3μs短路能力。 對於功率模組，根據相關的目標應用要求，目前的短路能力最高為2μs。 我們的CoolSiC™ MOSFET是第一個在資料表中保證短路耐受時間的裝置。

TO247 3pin 封裝的IMW120R030M1H中，關於短路時間的定義：

EASY封裝的FF33MR12W1M1H中，關於短路時間的定義：

1. 透過上述分析，我們可以看到，當功率元件處於短路狀態時，短路電流相對恆定。 對IGBT來說，短路電流一般是額定電流的4~6倍，而SiC MOSFET的短路電流一般可達額定電流的10倍。 這一點從二者的輸出特性曲線就可以看出來。

2. 當功率元件短路時，元件承受母線電壓，電場分佈在整個漂移區。 因為SiC材料的臨界電場強度約為Si材料的10倍，因此，要達到相同的耐壓等級，SiC MOSFETI漂移區只需要Si IGBT的十分之一。 這意味著SiC MOSFET短路時發熱熱量更集中，溫度也更高。

3. SiC MOSFET晶片面積小於同電流等級的IGBT，電流密度更高，熱量更集中。

綜上所述，SiC MOSFET面積小、短路電流高、漂移層薄等特性，導致其短路時發熱量集中，相對IGBT來說，短路時間就相對短一些。

是不是SiC MOSFET短路能力就一定不如IGBT呢？ 也並不是這樣。 功率元件的短路能力都是設計出來的，短路能力需要和其他性能做折衷。 例如增加元件溝道密度，MOSFET的導通電阻會下降，但對應的，電流密度更高，短路電流會更大，因此短路時間下降。

除了導通電阻，SiC MOSFET短路能力設計還要考慮耐壓、損耗、壽命等多種因素。 可以設計一個損耗極低但沒有短路能力的元件，也可以稍微犧牲一點性能，使元件具備短路能力，從而提升整體系統的可靠性。 選擇哪一個方向，使器件最終呈現什麼樣的效能，都是針對目標應用權衡的結果。

文章來源：英飛凌汽車電子生態圈