碳化硅肖特基二极管的设计与优化

碳化硅 （SiC）因其固有的宽带隙和高导热性材料特性而广泛用于中高压功率半导体器件制造。如今，肖特基二极管、MOSFET 和 JFET 是市场上最受欢迎的 SiC 功率器件。尤其是SiC 肖特基二极管已成功用于电源应用近 20 年。最早的 SiC 肖特基二极管采用纯肖特基势垒二极管 （SBD） 结构。后来，这演变成一种称为结势垒肖特基 （JBS） 的结构，具有低反向漏电流。最新的结构称为合并 PN 肖特基 （MPS），显示出大幅提高的浪涌电流处理能力。

威能半导体于2014年发布了基于100mm SiC晶圆的650V SiC MPS二极管，2017年发布了基于150mm高质量SiC晶圆的650V SiC MPS二极管。 今年早些时候，基于成熟的150mm晶圆技术，威能推出了1200V SiC MPS二极管和AEC -Q101 符合汽车标准的 650V SiC MPS 二极管。

威能拥有50多年的历史传承，在功率半导体器件设计方面有着丰富的经验。设计过程包括根据客户需求设定设计目标、使用 EDA 工具进行设备和工艺模拟、掩模设计和工艺设计、代工厂制造、组装和可靠性测试。经过多轮试用、优化、寿命测试和应用测试，经过优化设计的合格产品发布。

With carefully designed P+岛和独特的欧姆接触工艺，实现了对有效肖特基面积没有显着影响的高效浪涌电流传导路径。这使 WeEn SiC MPS 二极管具有出色的浪涌电流处理能力，而不会损失标称电流传导能力。

图 1：WeEn SiC MPS 二极管的横截面示意图和电流分布

适用于生产功率器件的 SiC 晶片由两层组成：厚衬底层和生长在其上的薄外延层。厚基板为大型 SiC 晶片提供了在半导体加工、处理和运输过程中所需的机械稳定性。然而，基板的电功能是最小的。阻挡高反向电压的二极管功能被外延层覆盖，只有在正向操作时，衬底才起到电流传导路径的作用。不幸的是，该电流传导路径起到串联电阻的作用。市售的 SiC 衬底不提供高掺杂浓度，因此串联电阻非常明显，特别是对于 650V SiC 器件。这会导致不希望的功率损失。

图2：威能NXPSC04650 4A、650V MPS二极管与其他公司JBS二极管的正向IV特性对比@25℃

碳化硅是一种非常坚硬的材料，它对磨削等机械处理提出了多项挑战：裂纹预防、表面粗糙度和厚度均匀性——仅举几例。尽管如此，领先的制造工艺和卓越的质量控制使维恩能够提供与市场上标准产品相比基板厚度仅为基板厚度 1/3 的 SiC 产品。薄芯片为 WeEn SiC 二极管提供了更好的电流传导能力和更低的热阻。

严格的生产管理和质量控制是保证产品性能稳定的基本要素。为了向客户提供最可靠的SiC二极管产品，维恩建立了完善的质量和可靠性控制系统和程序。所有 SiC 产品都必须经过 100% 静态参数测试、100% 浪涌电流处理测试 （I FSM ） 和 100% 雪崩能力测试 （UIS）。产品符合 JEDEC 标准或更严格的可靠性测试要求；例如，HTRB 测试周期从 1000 小时延长至 3000 小时。

由于其优异的材料特性，碳化硅肖特基二极管的性能远优于硅 PN 结二极管。结合先进的芯片设计能力和成熟的制造工艺，优质的碳化硅肖特基二极管现在由威能制造。　　

      审核编辑：彭静