發布日期：2022-10-09 點擊率：104
碳化硅和氮化鎵是目前商業前景最明朗的半導體材料，堪稱半導體產業內新一代“黃金賽道”。
歷史上人類第一次發現碳化硅是在1891年，美國人艾奇遜在電溶金剛石的時候發現一種碳的化合物，這就是碳化硅首次合成和發現。在經歷了百年的探索之后，特別是進入21世紀以后，人類終于理清了碳化硅的優點和特性，并利用碳化硅特性，做出各種新器件，碳化硅行業得到較快發展。
相比傳統的硅材料，碳化硅的禁帶寬度是硅的3倍；導熱率為硅的4-5倍；擊穿電壓為硅的8倍；電子飽和漂移速率為硅的2倍。種種特性意味著碳化硅特別適于制造耐高溫、耐高壓，耐大電流的高頻大功率的器件。
SiC SBD 的特征
SiC 能夠以具有快速器件結構特征的肖特基勢壘二極管（SBD）結構，制作出 1200V 以上的高耐壓二極管（Si SBD 的最高耐壓 為 200V 左右）。 因此，通過將現在主流使用的快速 PN 結二極管（FRD：快速恢復二極管）替換為 SiC SBD，能夠大幅減小反 向恢復損耗。有助于實現電源的高效化，并且通過高頻驅動實現電感等被動器件的小型化，同時降低噪聲水平。以功率因數校正 電路（PFC 電路）和二次側整流電路為中心，目前廣泛應用于電動汽車充電器、光伏發電系統中的功率調節器、服務器電源、空調等多個領域。
目前，ROHM SiC SBD 的主要產品線包括 650V、1200V、1700V 耐壓的產品。
SiC SBD 的正向特性
SiC SBD 的開啟電壓與 Si FRD 為同等水平，都小于 1V。開啟電壓是由肖特基勢壘的勢壘高度所決定的，一般來說當勢壘高度設計得較低時，開啟電壓也可以低一些，但是另一方面，反向偏置時的漏電流會增大，二者存在上述折衷關系。ROHM 的第二代 SBD，通過改善制造工藝，成功地使得漏電流和反向恢復性能既可以與舊產品保持在相同水平，同時開啟電壓也降低了大約 0.15V。另外，第三代 SBD 通過將 JBS（Junction Barrier Schottky）結構與第二代 SBD 的低 VF工藝相結合，實現了更低的 VF、更 小的漏電流。特別是高溫時的 VF得到了大幅減小。
SiC SBD 的溫度依存性與 Si FRD 不同，當溫度升高時，隨著工作電阻的增加，VF值會變大，不易發生熱失控，因此可以放心地 進行并聯使用。圖 2-2 是 VF－IF特性的典型數據。
SiC SBD 的反向恢復特性
Si 的快速 PN 結二極管（FRD：快速恢復二極管）在從正向偏置切換到反向偏置的瞬間，會產生極大的瞬態電流，在此期間因 為要過渡到反向偏置狀態，會產生很大的損耗。其原因是正向偏置時積聚在漂移層內的少數載流子，在湮滅之前（積聚時間內） 會形成電傳導。正向電流越大，或者溫度越高，則反向恢復時間越長、反向恢復電流越大，從而損耗也就越大。
另一方面，SiC SBD 是在進行電傳導時不使用少數載流子的多數載流子器件（單極性器件），因此從原理上來說，不會發生少數 載流子的積聚現象。反向恢復時只會流過結電容放電程度的較小電流，因此與 Si FRD 相比可以大幅減小損耗。該瞬態電流幾乎不 受溫度和正向電流的影響，因此無論在何種環境條件下，都可以實現穩定快速的反向恢復過程。另外，還預期可以減小由反向恢 復電流引起的噪聲。 圖 2-3 是 SiC SBD 和 Si FRD 反向恢復特性的測試結果。可以看出無論使用溫度和正向電流如何改變，SiC 的反向恢復電流都 得到了大幅減小。
SiC SBD 的正向浪涌特性
第二代 SBD 是純肖特基（Pure Schottky）結構，采用的是僅僅在漂移層上附加肖特基金屬的簡單結構。但是，在高溫下漂移層 的電阻會增加，因此與 Si FRD 相比，當流過正向浪涌電流時，出于自發熱對電流進行限制的尖峰浪涌電流 IFSM 有變低的傾向。
在 PFC 電路中，當不使用旁路二極管時，電路起動時所產生的浪涌電流可能導致 SBD 發生故障。
因此，第三代 SBD 通過采用結勢壘肖特基（JBS：Junction Barrier Schottky）結構，將 IFSM 特性提高為了第二代產品的 2 倍左 右。JBS 結構在肖特基界面上制作了細小的 PN 結二極管，當流過大電流時通過 PN 結注入空穴，可以抑制漂移層電阻的增大，對 浪涌電流有較高的耐性，因此對于沒有旁路二極管的 PFC 電路也可以使用。
圖 2-4 是第二代和第三代 SiC SBD 的結構區別，表 2-1 是典型電氣特性的對比數據。
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