繼SiC功率元器件的概述之后,將針對具體的元器件進行介紹。首先從SiC肖特基勢壘二極管開始。
SiC肖特基勢壘二極管和Si肖特基勢壘二極管
下面從SiC肖特基勢壘二極管(以下簡稱“SBD”)的結(jié)構(gòu)開始介紹。如下圖所示,為了形成肖特基勢壘,將半導(dǎo)體SiC與金屬相接合(肖特基結(jié))。結(jié)構(gòu)與Si肖特基勢壘二極管基本相同,其重要特征也是具備高速特性。
而SiC-SBD的特征是其不僅擁有優(yōu)異的高速性還同時實現(xiàn)了高耐壓。要想提高Si-SBD的耐壓,只要增厚圖中的n-型層、降低載流子濃度即可,但這會帶來阻值上升、VF變高等損耗較大無法實際應(yīng)用的問題。因此,Si-SBD的耐壓200V已經(jīng)是極限。而SiC擁有超過硅10倍的絕緣擊穿場強,所以不僅能保持實際應(yīng)用特性且可耐高壓。
650V和1200V的SiC-SBD已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn),1700V產(chǎn)品正在開發(fā)中。
SiC-SBD和Si-PN結(jié)二極管
通過Si二極管來應(yīng)對SBD以上的耐壓的是PN結(jié)二極管(稱為“PND”)。下圖為Si-PN二極管的結(jié)構(gòu)。SBD是僅電子移動,電流流動,而PN結(jié)二極管是通過電子和空穴(孔)使電流流動。通過在n-層積蓄少數(shù)載流子的空穴使阻值下降,從而同時實現(xiàn)高耐壓和低阻值,但關(guān)斷的速度會變慢。
盡管FRD(快速恢復(fù)二極管)利用PN結(jié)二極管提高了速度,但盡管如此,trr(反向恢復(fù)時間)特性等劣于SBD。因此,trr損耗是高耐壓Si PN結(jié)二極管的重大研究項目。此時,開關(guān)電源無法對應(yīng)高速的開關(guān)頻率也是課題之一。
右上圖表示Si的SBD、PND、FRD和SiC-SBD耐壓的覆蓋范圍??梢钥闯鯯iC-SBD基本覆蓋了PND/FRD的耐壓范圍。SiC-SBD可同時實現(xiàn)高速性和高耐壓,與PND/FRD相比Err(恢復(fù)損耗)顯著降低,開關(guān)頻率也可提高,因此可使用小型變壓器和電容器,有助于設(shè)備小型化。
以下是1200V耐壓SiC-SBD技術(shù)規(guī)格的一部分。后續(xù)將針對主要特性進行介紹。
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