一文读懂 SiC 肖特基势垒二极管:特性、优势与发展突破

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在半导体技术蓬勃发展的浪潮中,SiC功率器件逐渐成为行业焦点,其中采用 TO - 220FM 封装的 650V 的 SiC 肖特基势垒二极管更是凭借其独特性能脱颖而出。SiC,也就是碳化硅,作为一种化合物半导体,在热、化学和机械稳定性方面表现卓越。与传统的硅(Si)材料相比,它具有众多令人瞩目的物理特性。其绝缘击穿场强约为 Si 的 10 倍,这使得在保证耐压的情况下,SiC 所需的膜的施主浓度更高,膜厚更薄,进而能够制造出单位面积电阻极低的高耐压产品。同时,SiC 的带隙比 Si 宽约 3 倍,热导率高约 3 倍,这些特性为高性能功率元器件的研发奠定了坚实基础。而 SiC 肖特基势垒二极管,更是充分利用了 SiC 材料的优势,展现出恢复时间短等一系列独特性能优势,在功率半导体领域占据了重要地位。
 
SiC 肖特基势垒二极管
 
基于 SiC 材料制成的肖特基势垒二极管,也就是 SiC 肖特基势垒二极管,展现出了独特的性能优势。从电流传导机制来看,它和 Si 肖特基势垒二极管一样,属于多数载流子器件,电流通过多数载流子的移动来实现传导。不过,SiC 肖特基势垒二极管的厚度更薄,这是因为其确保耐压所需的膜厚较薄,从而实现了更低的阻值。在耐压性能上,Si 肖特基势垒二极管在实际应用中的耐压极限大约为 200V,而 SiC 肖特基势垒二极管的耐压表现更为出色,部分已量产产品最高耐压可达 1700V,并且研发人员还在不断探索更高耐压的产品。
 
恢复特性是衡量二极管性能的重要指标之一,SiC 肖特基势垒二极管在这方面表现卓越。与 Si-FRD 相比,其恢复特性显著优异,并且几乎没有温度依赖性。Si-FRD 依靠少数载流子实现低阻值下的导通工作,但在关断时,少数载流子会形成恢复电流,带来开关损耗。而 SiC 肖特基势垒二极管作为多数载流子器件,原理上不存在这种恢复工作,仅存在由元器件结电容带来的恢复电流,这不仅大幅降低了恢复损耗,有助于提高设备的效率,还因恢复电流较小,有利于降低噪声,减少相关对策部件,进一步缩减电路规模。
 
正向电压(VF)特性方面,SiC 肖特基势垒二极管也与 Si-FRD 有所不同。Si-FRD 随着温度升高电阻下降,VF 降低,而 SiC 肖特基势垒二极管则是温度升高时 VF 也升高。这一特性虽然存在利弊,但在并联使用二极管时,SiC 肖特基势垒二极管的 VF 升高特性能够使电流平衡,避免像 Si-FRD 那样因电流偏差导致热失控,在可并联连接二极管方面具有优势。
 
然而,SiC 肖特基势垒二极管并非十全十美,与 Si-FRD 相比,其抗浪涌电流性能较差。为了攻克这一难题,行业不断探索创新,第三代 SiC 肖特基势垒二极管应运而生。它不仅保留了低 VF 特性,还显著提高了抗浪涌电流性能,同时改善了漏电流特性。这些优化使得采用 SiC 功率元器件的客户群体有望进一步扩大。
 
SiC 肖特基势垒二极管凭借其独特的材料优势和性能特点,在功率元器件领域占据了重要地位。尽管它还存在一些需要改进的地方,但随着技术的不断进步,如第三代产品的推出,其性能得到了进一步优化和提升。未来,随着研发的深入,SiC 肖特基势垒二极管有望在更多领域得到广泛应用,为半导体行业的发展注入新的活力,推动相关产业朝着更高效率、更小体积的方向不断迈进。
 
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