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SiC功率元器件

SiC肖特基势垒二极管

所谓SiC-SBD-特征以及与Si二极管的比较

继SiC功率元器件的概述之后,将针对具体的元器件进行介绍。首先从SiC肖特基势垒二极管开始。

SiC肖特基势垒二极管和Si肖特基势垒二极管

下面从SiC肖特基势垒二极管(以下简称“SBD”)的结构开始介绍。如下图所示,为了形成肖特基势垒,将半导体SiC与金属相接合(肖特基结)。结构与Si肖特基势垒二极管基本相同,其重要特征也是具备高速特性。

而SiC-SBD的特征是其不仅拥有优异的高速性还同时实现了高耐压。要想提高Si-SBD的耐压,只要增厚图中的n-型层、降低载流子浓度即可,但这会带来阻值上升、VF变高等损耗较大无法实际应用的问题。因此,Si-SBD的耐压200V已经是极限。而SiC拥有超过硅10倍的绝缘击穿场强,所以不仅能保持实际应用特性且可耐高压。

ROHM的650V和1200V的SiC-SBD已经实现量产,1700V产品正在开发中。

SiC_2-1_sicsky

SiC-SBD和Si-PN结二极管

通过Si二极管来应对SBD以上的耐压的是PN结二极管(称为“PND”)。下图为Si-PN二极管的结构。SBD是仅电子移动,电流流动,而PN结二极管是通过电子和空穴(孔)使电流流动。通过在n-层积蓄少数载流子的空穴使阻值下降,从而同时实现高耐压和低阻值,但关断的速度会变慢。

尽管FRD(快速恢复二极管)利用PN结二极管提高了速度,但尽管如此,trr(反向恢复时间)特性等劣于SBD。因此,trr损耗是高耐压Si PN结二极管的重大研究项目。此时,开关电源无法对应高速的开关频率也是课题之一。

SiC_2-1_sicsky

右上图表示Si的SBD、PND、FRD和SiC-SBD耐压的覆盖范围。可以看出SiC-SBD基本覆盖了PND/FRD的耐压范围。SiC-SBD可同时实现高速性和高耐压,与PND/FRD相比Err(恢复损耗)显著降低,开关频率也可提高,因此可使用小型变压器和电容器,有助于设备小型化。

以下是1200V耐压SiC-SBD技术规格的一部分。后续将针对主要特性进行介绍。

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