碳化硅肖特基二極管（SiC SBD）

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2022-11-28 22:17:20 1008

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(guān)斷過程和低開關(guān)損耗。對于常規(guī)的硅肖特基二極管，所有金屬和硅的功函數(shù)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(jù)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(fā)展中最受關(guān)注的課題。這是一種將高電壓速度與低功耗和耐高溫相結(jié)合的理想器件。

1. 器件結(jié)構(gòu)和特征

SiC能夠以高頻器件結(jié)構(gòu)的SBD（肖特基勢壘二極管）結(jié)構(gòu)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(xiàn)在主流產(chǎn)品快速PN結(jié)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(qū)動實現(xiàn)電感等無源器件的小型化，而且可以降噪。廣泛應(yīng)用于空調(diào)、電源、光伏發(fā)電系統(tǒng)中的功率調(diào)節(jié)器、電動汽車的快速充電器等的功率因數(shù)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(shè)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(chǎn)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(fā)生熱失控，所以可以放心地并聯(lián)使用。

3. SiC-SBD的恢復特性

Si的快速PN結(jié)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(chǎn)生極大的瞬態(tài)電流，在此期間轉(zhuǎn)移為反向偏壓狀態(tài)，從而產(chǎn)生很大的損耗。
這是因為正向通電時積聚在漂移層內(nèi)的少數(shù)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(shù)載流子進行電傳導的多數(shù)載流子器件（單極性器件），因此原理上不會發(fā)生少數(shù)載流子積聚的現(xiàn)象。由于只產(chǎn)生使結(jié)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(tài)電流基本上不隨溫度和正向電流而變化，所以不管何種環(huán)境下，都能夠穩(wěn)定地實現(xiàn)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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