揭秘碳化硅(SiC)肖特基二极管背后的秘密

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。





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