碳化硅肖特基二极管（SiC SBD）

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2022-11-28 22:17:20 1026

由于在传导过程中没有额外的载流子注入和存储，SBD 具有低反向恢复电流、快速关断过程和低开关损耗。对于常规的硅肖特基二极管，所有金属和硅的功函数差异都不是很大，所以硅的肖特基势垒低，硅SBD的反向漏电流比较高，阻断电压低。它与 100 或 200 伏特的低压一起使用，不适合在 150°C 以上工作。但是，碳化硅SBD弥补了硅SBD的不足，镍、金、钯、钛、钴等多种金属可以与碳化硅形成肖特基接触，肖特基势垒高度大于1 eV，增加。 Au/4H-SiC 接触的势垒高度达到 1.73 eV，而 Ti/4H-SiC 接触的势垒高度较低，但据报道最高可达 1.1 eV。 6H-SiC与各种金属触点之间的肖特基势垒高度差异很大，最小为0.5 eV，最大为1.7 eV。因此，SBD是碳化硅电力电子器件发展中最受关注的课题。这是一种将高电压速度与低功耗和耐高温相结合的理想器件。

1. 器件结构和特征

SiC能够以高频器件结构的SBD（肖特基势垒二极管）结构得到600V以上的高耐压二极管（Si的SBD最高耐压为200V左右）。
因此，如果用SiC-SBD替换现在主流产品快速PN结二极管（FRD:快速恢复二极管），能够明显减少恢复损耗。
有利于电源的高效率化，并且通过高频驱动实现电感等无源器件的小型化，而且可以降噪。广泛应用于空调、电源、光伏发电系统中的功率调节器、电动汽车的快速充电器等的功率因数校正电路（PFC电路）和整流桥电路中。

2. SiC-SBD的正向特性

SiC-SBD的开启电压与Si-FRD相同，小于1V。
开启电压由肖特基势垒的势垒高度决定，通常如果将势垒高度设计得低，开启电压也可以做得低一些，但是这也将导致反向偏压时的漏电流增大。
ROHM的第二代SBD通过改进制造工艺，成功地使漏电流和恢复性能保持与旧产品相等，而开启电压降低了约0.15V。
SiC-SBD的温度依存性与Si-FRD不同，温度越高，它的导通阻抗就会增加，从而VF值也增加。
不易发生热失控，所以可以放心地并联使用。

3. SiC-SBD的恢复特性

Si的快速PN结二极管（FRD:快速恢复二极管）在从正向切换到反向的瞬间会产生极大的瞬态电流，在此期间转移为反向偏压状态，从而产生很大的损耗。
这是因为正向通电时积聚在漂移层内的少数载流子不断地进行电传导直到消亡（该时间也称为积聚时间）。
正向电流越大，或者温度越高，恢复时间和恢复电流就越大，从而损耗也越大。
与此相反，SiC-SBD是不使用少数载流子进行电传导的多数载流子器件（单极性器件），因此原理上不会发生少数载流子积聚的现象。由于只产生使结电容放电程度的小电流，所以与Si-FRD相比，能够明显地减少损耗。
而且，该瞬态电流基本上不随温度和正向电流而变化，所以不管何种环境下，都能够稳定地实现快速恢复。
另外，还可以降低由恢复电流引起的噪音，达到降噪的效果。

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