揭秘碳化硅(SiC)肖特基二极管背后的秘密

Posted 2021-02-08 lishenxin

 

　　一、硅肖特基二极管的特点

　　硅肖特基二极管早已有之。它是一种金属与半导体硅接触的肖特基二极管，由于它的这种特殊结构，使其具有如下不同寻常的特性：

        

　　硅肖特基二极管比PN结器件的行为特性更像一个理想的开关。肖特基二极管最重要的两个性能指标就是它的低反向恢复电荷(Qrr)和它的恢复软化系数。

　　低Qrr在二极管电压换成反向偏置时，关闭过程所需时间，即反向恢复时间trr大大缩短。下表所列肖特基二极管trr小于0.01微妙。便于用于高频范围，有资料介绍其工作频率可达1MHz(也有报道可达100GHz)。高软化系数会减少二极管关闭所产生的EMI噪声，降低换向操作干扰。

　　硅肖特基二极管还有一个比PN结器件优越的指标是正向导通电压低，具有低的导通损耗。

        

　　但硅肖特基二极管也有两个缺点，一是反向耐压VR较低，一般只有100V左右;二是反向漏电流IR较大。

　　二、碳化硅半导体材料和用它制成的功率器件的特点

　　碳化硅SiC的能带间隔为硅的2.8倍(宽禁带),达到3.09电子伏特。其绝缘击穿场强为硅的5.3倍,高达3.2MV/cm.，其导热率是硅的3.3倍,为49w/cm.k。

　　它与硅半导体材料一样，可以制成结型器件、场效应器件、和金属与半导体接触的肖特基二极管。

        

　　其优点是：

　　(1)碳化硅单载流子器件漂移区薄，开态电阻小。比硅器件小100-300倍。由于有小的导通电阻，碳化硅功率器件的正向损耗小。

　　(2)碳化硅功率器件由于具有高的击穿电场而具有高的击穿电压。例如，商用的硅肖特基的电压小于300V，而第一个商用的碳化硅肖特基二极管的击穿电压已达到600V。

　　(3)碳化硅有高的热导率，因此碳化硅功率器件有低的结到环境的热阻。

        

　　(4)碳化硅器件可工作在高温，碳化硅器件已有工作在600oC的报道，而硅器件的最大工作温度仅为150oC.

　　(5)碳化硅具有很高的抗辐照能力。

　　(6)碳化硅功率器件的正反向特性随温度和时间的变化很小，可靠性好。

　　(7)碳化硅器件具有很好的反向恢复特性，反向恢复电流小，开关损耗小。碳化硅功率器件可工作在高频(>20KHz)。

　　(8)碳化硅器件为减少功率器件体积和降低电路损耗作出了重要贡献。

          

　　碳化硅的不足是：

　　碳化硅圆片的价格还较高,其缺陷也多。

　　三、碳化硅肖特基二极管的特点

　　上面已谈到硅肖特基二极管反向耐压较低，约250V左右。对于能够耐受500～600V以上反向电压要求，人们开始使用碳化硅(SiC)制造器件，因为它能够耐受较高的电压。

　　除此以外的器件参数均相当于或优于硅肖特基二极管。详见表2。

　　由于SiC器件的成本较高(是同类硅器件的3～5倍)，除非性能上要求非用不可，还没有用它来替代硅功率器件。