碳化硅肖特基二極管（SiC SBD）

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2022-11-28 22:17:20 1017

由于在傳導過程中沒有額外的載流子注入和存儲，SBD 具有低反向恢復電流、快速關斷過程和低開關損耗。對于常規的硅肖特基二極管，所有金屬和硅的功函數差異都不是很大，所以硅的肖特基勢壘低，硅SBD的反向漏電流比較高，阻斷電壓低。它與 100 或 200 伏特的低壓一起使用，不適合在 150°C 以上工作。但是，碳化硅SBD彌補了硅SBD的不足，鎳、金、鈀、鈦、鈷等多種金屬可以與碳化硅形成肖特基接觸，肖特基勢壘高度大于1 eV，增加。 Au/4H-SiC 接觸的勢壘高度達到 1.73 eV，而 Ti/4H-SiC 接觸的勢壘高度較低，但據報道最高可達 1.1 eV。 6H-SiC與各種金屬觸點之間的肖特基勢壘高度差異很大，最小為0.5 eV，最大為1.7 eV。因此，SBD是碳化硅電力電子器件發展中最受關注的課題。這是一種將高電壓速度與低功耗和耐高溫相結合的理想器件。

1. 器件結構和特征

SiC能夠以高頻器件結構的SBD（肖特基勢壘二極管）結構得到600V以上的高耐壓二極管（Si的SBD最高耐壓為200V左右）。
因此，如果用SiC-SBD替換現在主流產品快速PN結二極管（FRD:快速恢復二極管），能夠明顯減少恢復損耗。
有利于電源的高效率化，并且通過高頻驅動實現電感等無源器件的小型化，而且可以降噪。廣泛應用于空調、電源、光伏發電系統中的功率調節器、電動汽車的快速充電器等的功率因數校正電路（PFC電路）和整流橋電路中。

2. SiC-SBD的正向特性

SiC-SBD的開啟電壓與Si-FRD相同，小于1V。
開啟電壓由肖特基勢壘的勢壘高度決定，通常如果將勢壘高度設計得低，開啟電壓也可以做得低一些，但是這也將導致反向偏壓時的漏電流增大。
ROHM的第二代SBD通過改進制造工藝，成功地使漏電流和恢復性能保持與舊產品相等，而開啟電壓降低了約0.15V。
SiC-SBD的溫度依存性與Si-FRD不同，溫度越高，它的導通阻抗就會增加，從而VF值也增加。
不易發生熱失控，所以可以放心地并聯使用。

3. SiC-SBD的恢復特性

Si的快速PN結二極管（FRD:快速恢復二極管）在從正向切換到反向的瞬間會產生極大的瞬態電流，在此期間轉移為反向偏壓狀態，從而產生很大的損耗。
這是因為正向通電時積聚在漂移層內的少數載流子不斷地進行電傳導直到消亡（該時間也稱為積聚時間）。
正向電流越大，或者溫度越高，恢復時間和恢復電流就越大，從而損耗也越大。
與此相反，SiC-SBD是不使用少數載流子進行電傳導的多數載流子器件（單極性器件），因此原理上不會發生少數載流子積聚的現象。由于只產生使結電容放電程度的小電流，所以與Si-FRD相比，能夠明顯地減少損耗。
而且，該瞬態電流基本上不隨溫度和正向電流而變化，所以不管何種環境下，都能夠穩定地實現快速恢復。
另外，還可以降低由恢復電流引起的噪音，達到降噪的效果。

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