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  • 碳化硅肖特基二極管參數(shù)選型表-肖特基二極管原理與特點(diǎn)優(yōu)
    • 發(fā)布時(shí)間:2019-09-03 10:37:46
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    碳化硅肖特基二極管
    碳化硅肖特基二極管早已有之。它是一種金屬與半導(dǎo)體硅接觸的二極管,由于它的這種特殊結(jié)構(gòu),使其具有如下不同尋常的特性:
    碳化硅肖特基二極管比PN結(jié)器件的行為特性更像一個(gè)理想的開關(guān)。肖特基二極管最重要的兩個(gè)性能指標(biāo)就是它的低反向恢復(fù)電荷(Qrr)和它的恢復(fù)軟化系數(shù)。
    低Qrr在二極管電壓換成反向偏置時(shí),關(guān)閉過程所需時(shí)間,即反向恢復(fù)時(shí)間trr大大縮短。下表所列肖特基二極管trr小于0.01微妙。便于用于高頻范圍,有資料介紹其工作頻率可達(dá)1MHz(也有報(bào)道可達(dá)100GHz)。高軟化系數(shù)會減少二極管關(guān)閉所產(chǎn)生的EMI噪聲,降低換向操作干擾。
    碳化硅肖特基二極管還有一個(gè)比PN結(jié)器件優(yōu)越的指標(biāo)是正向?qū)妷旱?,具有低的?dǎo)通損耗。
    碳化硅肖特基二極管也有兩個(gè)缺點(diǎn),一是反向耐壓VR較低,一般只有100V左右;二是反向漏電流IR較大。
    肖特基二極管原理
    肖特基二極管是貴金屬(金、銀、鋁、鉑等)A為正極,以N型半導(dǎo)體B為負(fù)極,利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導(dǎo)體器件。因?yàn)镹型半導(dǎo)體中存在著大量的電子,貴金屬中僅有極少量的自由電子,所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴(kuò)散。顯然,金屬A中沒有空穴,也就不存在空穴自A向B的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著電子不斷從B擴(kuò)散到A,B表面電子濃度逐漸降低,表面電中性被破壞,于是就形成勢壘,其電場方向?yàn)锽→A。但在該電場作用之下,A中的電子也會產(chǎn)生從A→B的漂移運(yùn)動(dòng),從而消弱了由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)而形成的電場。當(dāng)建立起一定寬度的空間電荷區(qū)后,電場引起的電子漂移運(yùn)動(dòng)和濃度不同引起的電子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到相對的平衡,便形成了肖特基勢壘。
    典型的肖特基整流管的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)是以N型半導(dǎo)體為基片,在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅(SiO2)來消除邊緣區(qū)域的電場,提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)電阻,其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層,其作用是減小陰極的接觸電阻。通過調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù),N型基片和陽極金屬之間便形成肖特基勢壘,如圖所示。當(dāng)在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓(陽極金屬接電源正極,N型基片接電源負(fù)極)時(shí),肖特基勢壘層變窄,其內(nèi)阻變?。环粗?,若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時(shí),肖特基勢壘層則變寬,其內(nèi)阻變大。
    綜上所述,肖特基整流管的結(jié)構(gòu)原理與PN結(jié)整流管有很大的區(qū)別通常將PN結(jié)整流管稱作結(jié)整流管,而把金屬-半導(dǎo)管整流管叫作肖特基整流管,采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世,這不僅可節(jié)省貴金屬,大幅度降低成本,還改善了參數(shù)的一致性。
    碳化硅,肖特基二極
    碳化硅半導(dǎo)體材料和用它制成的功率器件的特點(diǎn)
    碳化硅SiC的能帶間隔為硅的2.8倍(寬禁帶),達(dá)到3.09電子伏特。其絕緣擊穿場強(qiáng)為硅的5.3倍,高達(dá)3.2MV/cm.,其導(dǎo)熱率是硅的3.3倍,為49w/cm.k。
    它與硅半導(dǎo)體材料一樣,可以制成結(jié)型器件、場效應(yīng)器件、和金屬與半導(dǎo)體接觸的肖特基二極管。
    其優(yōu)點(diǎn)是:
    (1) 碳化硅單載流子器件漂移區(qū)薄,開態(tài)電阻小。比硅器件小100-300倍。由于有小的導(dǎo)通電阻,碳化硅功率器件的正向損耗小。
    (2) 碳化硅功率器件由于具有高的擊穿電場而具有高的擊穿電壓。例如,商用的硅肖特基的電壓小于300V,而第一個(gè)商用的碳化硅肖特基二極管的擊穿電壓已達(dá)到600V。
    (3) 碳化硅有高的熱導(dǎo)率,因此碳化硅功率器件有低的結(jié)到環(huán)境的熱阻。
    (4) 碳化硅器件可工作在高溫,碳化硅器件已有工作在600oC的報(bào)道,而硅器件的最大工作溫度僅為150oC.
    (5) 碳化硅具有很高的抗輻照能力。
    (6) 碳化硅功率器件的正反向特性隨溫度和時(shí)間的變化很小,可靠性好。
    (7) 碳化硅器件具有很好的反向恢復(fù)特性,反向恢復(fù)電流小,開關(guān)損耗小。碳化硅功率器件可工作在高頻(>20KHz)。
    (8) 碳化硅器件為減少功率器件體積和降低電路損耗作出了重要貢獻(xiàn)。
    碳化硅肖特基二極管選型
    碳化硅,肖特基二極
    碳化硅肖特基二極管優(yōu)勢
    碳化硅肖特基二極管是一種單極型器件,因此相比于傳統(tǒng)的硅快恢復(fù)二極管(Si FRD),碳化硅肖特基二極管具有理想的反向恢復(fù)特性。在器件從正向?qū)ㄏ蚍聪蜃钄噢D(zhuǎn)換時(shí),幾乎沒有反向恢復(fù)電流(如圖1.2a),反向恢復(fù)時(shí)間小于20ns,甚至600V 10A的碳化硅肖特基二極管的反向恢復(fù)時(shí)間在10ns以內(nèi)。因此碳化硅肖特基二極管可以工作在更高的頻率,在相同頻率下具有更高的效率。另一個(gè)重要的特點(diǎn)是碳化硅肖特基二極管具有正的溫度系數(shù),隨著溫度的上升電阻也逐漸上升,這與硅FRD正好相反。這使得碳化硅肖特基二極管非常適合并聯(lián)實(shí)用,增加了系統(tǒng)的安全性和可靠性。
    概括碳化硅肖特基二極管的主要優(yōu)勢,有如下特點(diǎn):
    1. 幾乎無開關(guān)損耗
    2. 更高的開關(guān)頻率
    3. 更高的效率
    4. 更高的工作溫度
    5. 正的溫度系數(shù),適合于并聯(lián)工作
    6. 開關(guān)特性幾乎與溫度無關(guān)
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