0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

为什么SiC肖特基二极管不一样

江师大电信小希 来源:江师大电信小希 作者:江师大电信小希 2024-07-02 12:43 次阅读

在高功率应用中,碳化硅(SiC)的许多方面都优于硅,包括更高的工作温度以及更高效的高频开关性能。但是,与硅快速恢复二极管相比,纯 SiC 肖特基二极管的一些特性仍有待提高。本博客介绍Nexperia(安世半导体)如何将先进的器件结构与创新工艺技术结合在一起,以进一步提高 SiC 肖特基二极管的性能。

合并 PIN 肖特基(MPS)结构可减小漏电流

金属-半导体接面的缺陷是导致 SiC 肖特基二极管漏电流的主要原因。尽管采用更厚的漂移层可减小漏电流,但也会提高电阻和热阻,从而不利于电源应用。为解决这些问题, Nexperia SiC 开发了采用混合器件结构的 SiC 二极管,如图1所示。这种“合并 PiN 肖特基”(MPS)可将肖特基二极管和并联的 P-N 二极管有效地结合在一起。

wKgaomaDhYWAELJaAADzlY8Ct-c789.png

△ 标准 SiC 肖特基二极管结构(左)和 Nexperia 的 SiC MPS 二极管结构(右)

在传统肖特基结构的漂移区内嵌入 P 掺杂区,与肖特基阳极的金属构成 p 欧姆接触,并与轻度掺杂 SiC 漂移或外延层构成 P-N 结。(找元器件现货上唯样商城)在反向偏压下, P 阱将“驱使”最高场强的通用区域向下移动到几乎没有缺陷的漂移层,远离有缺陷的金属势垒区域,从而减小总漏电流,如图2所示。P 阱的物理位置和面积(与肖特基二极管的尺寸相比)以及掺杂浓度会影响其最终特性,同时正向压降会抵消漏电流和浪涌电流。因此,在漏电流和漂移层厚度相同的情况下, MPS 器件可在更高的击穿电压下运行。

wKgZomaDhYWAOfOVAAD6e-fas38753.png

△ 图2:SiC MPS 二极管的静态 I-V 行为(包括过流)

MPS 二极管具有更出色的浪涌电流稳健性

SiC 器件的浪涌电流性能与其单极性和相对较高的漂移层电阻相关, MPS 结构也可以提高该参数性能。这是因为,双极性器件的差分电阻低于单极性器件。正常运行时, MPS 二极管的肖特基器件传导几乎所有电流,以便像肖特基二极管那样有效运行,同时在开关期间提供相同的优势。在高瞬态浪涌电流事件期间,通过 MPS 二极管的电压会超过内置 P-N 二极管的开启电压,从而开始以更低的差分电阻传导。这可以转移电流,同时限制耗散的功率,并缓解 MPS 二极管的热应力。如果只使用肖特基二极管,而不使用 P-N 二极管,则必须使用尺寸明显超规格的肖特基二极管,以允许目标应用中出现瞬时过流事件。为限制过流,可并联连接器件(或添加额外电路),但这会增加成本。同样, P 阱的尺寸和掺杂需要在正向压降(正常运行期间)与浪涌承受能力之间进行权衡。具体优化选择取决于应用, Nexperia(安世半导体)提供适合各种硬开关和软开关应用的二极管。

MPC 二极管的反向恢复特性

除了具有更出色的静态特性, SiC MPS 二极管在动态开关操作期间也具备诸多优点。其与硅基 P-N 二极管相比的一个显著优势与反向恢复特性有关。反向恢复电荷是造成硅快速恢复二极管功率损耗的一个主要原因,因此对转换器效率会有不利影响。影响反向恢复电荷的参数有很多,包括二极管关断电流和结温。相比之下,只有多数载流子才会影响 SiC 二极管的总电流,这意味着 SiC 二极管能够表现出几乎恒定的行为,几乎不会有硅快速恢复二极管的非线性性能。因此,功率设计人员更容易预测出 SiC 的行为,因为他们无需考虑各种环境温度和负载条件。

创新的“薄型 SiC ”二极管结构可进一步提高 MPS 二极管的性能

Nexperia(安世半导体)的 MPS 二极管在制造过程中减少了芯片厚度,因此具有额外的优势。未经过处理的 SiC 衬底为 N 掺杂衬底,并会生长出 SiC 外延层,以形成漂移区。衬底最初的厚度可达500µm ,但在外延后,这会给背面金属的电流和热流路径增加额外的电阻和热阻。因此,给定电流下的正向压降和结温也会变得更高。针对该问题, Nexperia(安世半导体)的解决方案就是将衬底的底面“磨薄”。在此工序中,材料质量和研磨精度至关重要,以避免厚度不均匀,进而降低二极管的性能(这会导致现场应用中的器件故障)。此外,由于 SiC 的硬度更高(莫氏硬度等级为9.2至9.3,而硅的硬度等级为6.5),需要采用先进的制造技术。图3显示了该工艺的效果,通过使用 Nexperia(安世半导体)的“薄型 SiC ”技术将衬底厚度减少到原来的三分之一。

wKgaomaDhYaAZGCPAAEoK8Q8R7o723.png

△图3:与标准的 SiC 二极管结构(左)相比, Nexperia(安世半导体)的“薄型 SiC ”工艺(右)可提高二极管的电气性能和热性能。

因此,从结点到背面金属的热阻显著降低,从而降低器件的工作温度,提高器件的可靠性(由于具备更高的浪涌电流稳健性),并降低正向压降。

总结

可用 SiC 肖特基二极管的数量和类型不断增加,包括使用传统结构的 SiC 肖特基二极管和使用更先进的 MPS 结构的 SiC 肖特基二极管。Nexperia(安世半导体)的新型 SiC 肖特基二极管集成了宽带隙半导体材料(碳化硅)的优点、 MPS 器件结构及其“薄型 SiC ”技术带来的额外优势。凭借其在工艺开发和器件制造方面的专业知识, Nexperia(安世半导体)能够进一步提高这款新产品的性能,使其在当今 SiC 二极管市场中始终保持领先地位。

审核编辑 黄宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 二极管
    +关注

    关注

    147

    文章

    9549

    浏览量

    165701
  • SiC
    SiC
    +关注

    关注

    29

    文章

    2747

    浏览量

    62399
  • 碳化硅
    +关注

    关注

    25

    文章

    2688

    浏览量

    48838
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    肖特基二极管的结构和封装形式

    肖特基二极管,又称热载流子二极管肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode,缩写为SBD),是种基于金属-半导体结(
    的头像 发表于 09-26 17:43 1058次阅读
    <b class='flag-5'>肖特基</b><b class='flag-5'>二极管</b>的结构和封装形式

    SiC二极管概述和技术参数

    SiC二极管,全称SiC碳化硅势垒二极管,也被称为SiC碳化硅肖特基
    的头像 发表于 09-10 14:55 809次阅读

    TOLL封装肖特基二极管,功率型肖特基二极管,贴片型功率肖特基二极管

    TOLL封装肖特基二极管产品
    的头像 发表于 08-06 08:43 292次阅读
    TOLL封装<b class='flag-5'>肖特基</b><b class='flag-5'>二极管</b>,功率型<b class='flag-5'>肖特基</b><b class='flag-5'>二极管</b>,贴片型功率<b class='flag-5'>肖特基</b><b class='flag-5'>二极管</b>

    肖特基二极管与其他二极管的区别

    肖特基二极管(Schottky Diode),也被称为肖特基势垒二极管,是种具有特殊结构和优异性能的半导体器件。它与其他类型的二极管(如普
    的头像 发表于 07-24 15:05 5302次阅读

    肖特基二极管与开关二极管的不同点有哪些?

    二极管种基本且重要的元件,常用于整流、信号调制和保护电路。不同种类的二极管具有不同的特性和应用场景,其中肖特基二极管和开关
    的头像 发表于 06-27 09:42 633次阅读
    <b class='flag-5'>肖特基</b><b class='flag-5'>二极管</b>与开关<b class='flag-5'>二极管</b>的不同点有哪些?

    肖特基二极管与普通二极管的区别

    在电子工程领域,二极管种广泛应用的半导体器件,具有单向导电性。其中,肖特基二极管和普通二极管是两种常见的类型,它们各自具有独特的原理和特
    的头像 发表于 05-31 17:31 3999次阅读

    为什么所有的SiC肖特基二极管不一样

    在高功率应用中,碳化硅(SiC)的许多方面都优于硅,包括更高的工作温度以及更高效的高频开关性能。但是,与硅快速恢复二极管相比,纯 SiC 肖特基二极
    的头像 发表于 04-01 04:50 306次阅读
    为什么所有的<b class='flag-5'>SiC</b><b class='flag-5'>肖特基</b><b class='flag-5'>二极管</b>都<b class='flag-5'>不一样</b>

    肖特基二极管常见型号 肖特基二极管是稳压二极管

    肖特基二极管种特殊的二极管,它由肖特基结构组成,具有低导通电压、快速开关特性和高温稳定性。肖特基
    的头像 发表于 02-18 15:47 1540次阅读

    快恢复二极管肖特基二极管可以互换吗

    快恢复二极管肖特基二极管可以互换吗   通常不可以。肖特基二极管反向耐压低,正向压降小,适用于低电压整流;快恢复反向耐压高,正向压降
    的头像 发表于 02-02 09:35 3265次阅读

    肖特基二极管常见型号 肖特基二极管和普通二极管区别

    肖特基二极管(Schottky diode)是种特殊的二极管,由石英合金或者金属合金制成。它的特殊之处在于其具有较低的正向压降和快速的开关速度。
    的头像 发表于 01-30 10:35 5627次阅读

    肖特基二极管是稳压二极管

    肖特基二极管(Schottky Diode)不是种稳压二极管,而是种特殊的二极管。在这篇文章
    的头像 发表于 01-11 17:40 1914次阅读

    肖特基二极管的作用特点 肖特基二极管在运用中需要注意哪些事项

    肖特基二极管的作用特点 肖特基二极管在运用中需要注意哪些事项  肖特基二极管
    的头像 发表于 12-21 11:15 829次阅读

    肖特基二极管的工作原理与选型

    肖特基二极管的工作原理与选型  肖特基二极管种具有金属/半导体结构的二极管,它基于
    的头像 发表于 12-21 10:51 1633次阅读

    肖特基二极管和快恢复二极管区别

    肖特基二极管(Schottky diode)和快恢复二极管(Fast recovery diode)是常见的二极管类型,在电子应用中有各自的特点和应用。
    的头像 发表于 12-15 11:13 4152次阅读

    肖特基二极管原理及特性

    肖特基二极管(Schottky Diode)是种具有肖特基势垒的半导体二极管,其名称中的“肖特基
    的头像 发表于 12-13 15:45 2991次阅读