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碳化硅肖特基二極管（SiC SBD）

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2022-11-28 22:17:20 1003

由于在傳導(dǎo)過(guò)程中沒(méi)有額外的載流子注入和存儲(chǔ)，SBD 具有低反向恢復(fù)電流、快速關(guān)斷過(guò)程和低開(kāi)關(guān)損耗。對(duì)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(shì)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(bǔ)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(shì)壘高度大于1 eV，增加。 Au/4H-SiC 接觸的勢(shì)壘高度達(dá)到 1.73 eV，而 Ti/4H-SiC 接觸的勢(shì)壘高度較低，但據(jù)報(bào)道最高可達(dá) 1.1 eV。 6H-SiC與各種金屬觸點(diǎn)之間的肖特基勢(shì)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(shì)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(fù)二極管），能夠明顯減少恢復(fù)損耗。
有利于電源的高效率化，并且通過(guò)高頻驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電感等無(wú)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(dòng)汽車(chē)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(kāi)啟電壓與Si-FRD相同，小于1V。
開(kāi)啟電壓由肖特基勢(shì)壘的勢(shì)壘高度決定，通常如果將勢(shì)壘高度設(shè)計(jì)得低，開(kāi)啟電壓也可以做得低一些，但是這也將導(dǎo)致反向偏壓時(shí)的漏電流增大。
ROHM的第二代SBD通過(guò)改進(jìn)制造工藝，成功地使漏電流和恢復(fù)性能保持與舊產(chǎn)品相等，而開(kāi)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(dǎo)通阻抗就會(huì)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(fù)特性

Si的快速PN結(jié)二極管（FRD:快速恢復(fù)二極管）在從正向切換到反向的瞬間會(huì)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?yàn)檎蛲姇r(shí)積聚在漂移層內(nèi)的少數(shù)載流子不斷地進(jìn)行電傳導(dǎo)直到消亡（該時(shí)間也稱(chēng)為積聚時(shí)間）。
正向電流越大，或者溫度越高，恢復(fù)時(shí)間和恢復(fù)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(jìn)行電傳導(dǎo)的多數(shù)載流子器件（單極性器件），因此原理上不會(huì)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(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)。
另外，還可以降低由恢復(fù)電流引起的噪音，達(dá)到降噪的效果。

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