碳化硅肖特基(ji)二极(ji)管参数选型表-肖特基(ji)二极(ji)管原理(li)及特点优势-KIA MOS管
信息来源：本站 日期(qi)：2018-11-24
碳化硅肖特基二(er)极管(guan)早(zao)已(yi)有(you)之。它是一(yi)种金属与(yu)半导体硅接触(chu)的二(er)极管(guan)，由于它的这种特殊结构，使其具有(you)如下不同寻常的特性(xing)：
碳化(hua)硅肖(xiao)特(te)基二(er)极(ji)管比(bi)PN结器件的(de)行为(wei)特(te)性更像(xiang)一(yi)个(ge)理想的(de)开关(guan)。肖(xiao)特(te)基二(er)极(ji)管最重要(yao)的(de)两个(ge)性能指(zhi)标(biao)就是它的(de)低反向恢复电荷(Qrr)和(he)它的(de)恢复软化(hua)系(xi)数。
低Qrr在二(er)极管电(dian)压换成(cheng)反向偏置(zhi)时，关闭过程所(suo)需(xu)时间，即反向恢复时间trr大(da)大(da)缩短(duan)。下表所(suo)列肖特基二(er)极管trr小于0.01微(wei)妙。便于用于高(gao)频(pin)范(fan)围，有(you)(you)资料介(jie)绍其工作频(pin)率可达(da)1MHz(也有(you)(you)报道可达(da)100GHz)。高(gao)软化系(xi)数会减少二(er)极管关闭所(suo)产(chan)生的EMI噪声，降低换向操(cao)作干扰。
碳化硅肖(xiao)特基二极管(guan)还有(you)一个比PN结器(qi)件优越的指标是正向(xiang)导(dao)通(tong)电压低，具有(you)低的导(dao)通(tong)损耗(hao)。
碳化硅肖特基(ji)二(er)极管(guan)也有两个缺(que)点，一是(shi)(shi)反(fan)(fan)向耐压VR较低，一般只有100V左右;二(er)是(shi)(shi)反(fan)(fan)向漏电(dian)流(liu)IR较大。
肖特基(ji)二极(ji)(ji)管是贵(gui)金(jin)属(shu)(shu)（金(jin)、银(yin)、铝、铂等(deng)）A为(wei)(wei)正极(ji)(ji)，以(yi)N型半(ban)导(dao)体(ti)B为(wei)(wei)负(fu)极(ji)(ji)，利用二者接(jie)触面上形成的(de)(de)势垒具有(you)整流(liu)特性而(er)制成的(de)(de)金(jin)属(shu)(shu)-半(ban)导(dao)体(ti)器件。因为(wei)(wei)N型半(ban)导(dao)体(ti)中(zhong)存(cun)在(zai)着大量的(de)(de)电(dian)子(zi)，贵(gui)金(jin)属(shu)(shu)中(zhong)仅有(you)极(ji)(ji)少量的(de)(de)自由电(dian)子(zi)，所以(yi)电(dian)子(zi)便从(cong)浓(nong)度(du)高的(de)(de)B中(zhong)向浓(nong)度(du)低的(de)(de)A中(zhong)扩(kuo)(kuo)散。显然(ran)，金(jin)属(shu)(shu)A中(zhong)没有(you)空穴(xue)(xue)，也就(jiu)不(bu)(bu)存(cun)在(zai)空穴(xue)(xue)自A向B的(de)(de)扩(kuo)(kuo)散运(yun)(yun)动(dong)。随着电(dian)子(zi)不(bu)(bu)断从(cong)B扩(kuo)(kuo)散到(dao)A，B表面电(dian)子(zi)浓(nong)度(du)逐渐降低，表面电(dian)中(zhong)性被破坏(huai)，于(yu)是就(jiu)形成势垒，其电(dian)场(chang)方向为(wei)(wei)B→A。但在(zai)该电(dian)场(chang)作(zuo)用之(zhi)下，A中(zhong)的(de)(de)电(dian)子(zi)也会产(chan)生从(cong)A→B的(de)(de)漂移运(yun)(yun)动(dong)，从(cong)而(er)消弱了(le)由于(yu)扩(kuo)(kuo)散运(yun)(yun)动(dong)而(er)形成的(de)(de)电(dian)场(chang)。当建(jian)立起一定宽度(du)的(de)(de)空间电(dian)荷区后，电(dian)场(chang)引(yin)起的(de)(de)电(dian)子(zi)漂移运(yun)(yun)动(dong)和浓(nong)度(du)不(bu)(bu)同引(yin)起的(de)(de)电(dian)子(zi)扩(kuo)(kuo)散运(yun)(yun)动(dong)达到(dao)相(xiang)对的(de)(de)平衡(heng)，便形成了(le)肖特基(ji)势垒。
典型的肖特(te)(te)(te)基(ji)(ji)整流管的内部电(dian)(dian)路结构是(shi)以(yi)N型半导体为(wei)基(ji)(ji)片(pian)，在(zai)上(shang)面(mian)形成用(yong)砷(shen)作掺(chan)杂剂的N-外延(yan)层(ceng)(ceng)(ceng)。阳(yang)(yang)极使用(yong)钼或铝等材料制成阻(zu)档层(ceng)(ceng)(ceng)。用(yong)二氧化硅（SiO2）来(lai)消除边缘区域的电(dian)(dian)场，提高(gao)管子的耐压(ya)值。N型基(ji)(ji)片(pian)具有很(hen)小的通态(tai)电(dian)(dian)阻(zu)，其掺(chan)杂浓度较H-层(ceng)(ceng)(ceng)要高(gao)100%倍(bei)。在(zai)基(ji)(ji)片(pian)下(xia)边形成N+阴极层(ceng)(ceng)(ceng)，其作用(yong)是(shi)减(jian)小阴极的接(jie)触电(dian)(dian)阻(zu)。通过调(diao)整结构参(can)数，N型基(ji)(ji)片(pian)和阳(yang)(yang)极金属之间便形成肖特(te)(te)(te)基(ji)(ji)势(shi)垒(lei)，如图所(suo)示。当在(zai)肖特(te)(te)(te)基(ji)(ji)势(shi)垒(lei)两端加上(shang)正向(xiang)偏(pian)压(ya)（阳(yang)(yang)极金属接(jie)电(dian)(dian)源(yuan)正极，N型基(ji)(ji)片(pian)接(jie)电(dian)(dian)源(yuan)负极）时，肖特(te)(te)(te)基(ji)(ji)势(shi)垒(lei)层(ceng)(ceng)(ceng)变窄，其内阻(zu)变小；反之，若在(zai)肖特(te)(te)(te)基(ji)(ji)势(shi)垒(lei)两端加上(shang)反向(xiang)偏(pian)压(ya)时，肖特(te)(te)(te)基(ji)(ji)势(shi)垒(lei)层(ceng)(ceng)(ceng)则(ze)变宽，其内阻(zu)变大。
综上所述，肖特基整(zheng)流(liu)(liu)管的(de)结(jie)构原理与PN结(jie)整(zheng)流(liu)(liu)管有(you)很大的(de)区别通(tong)常(chang)将PN结(jie)整(zheng)流(liu)(liu)管称作结(jie)整(zheng)流(liu)(liu)管，而把(ba)金(jin)属(shu)-半导管整(zheng)流(liu)(liu)管叫作肖特基整(zheng)流(liu)(liu)管，采用硅平面(mian)工艺制造(zao)的(de)铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可(ke)节省贵(gui)金(jin)属(shu)，大幅度降低成本，还(hai)改善了参数的(de)一(yi)致性。
碳(tan)化硅(gui)SiC的能带间隔为(wei)(wei)硅(gui)的2.8倍(bei)(宽禁带),达到3.09电子(zi)伏(fu)特。其绝(jue)缘击(ji)穿场强为(wei)(wei)硅(gui)的5.3倍(bei),高达3.2MV/cm.，其导热(re)率是硅(gui)的3.3倍(bei),为(wei)(wei)49w/cm.k。
它与硅(gui)半导(dao)体(ti)材料一(yi)样(yang)，可以制成结(jie)型器(qi)件(jian)、场效应器(qi)件(jian)、和(he)金属与半导(dao)体(ti)接触的肖特基二(er)极管(guan)。
其优点是(shi)：
(1) 碳化硅单载流子(zi)器(qi)(qi)件漂(piao)移区薄，开态(tai)电阻(zu)小。比(bi)硅器(qi)(qi)件小100-300倍(bei)。由于有小的(de)导通电阻(zu)，碳化硅功率器(qi)(qi)件的(de)正向损耗小。
(2) 碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)功(gong)率器(qi)件由于具有高的(de)击穿电场而具有高的(de)击穿电压。例如，商用的(de)硅(gui)(gui)(gui)肖特基(ji)的(de)电压小于300V，而第一个商用的(de)碳化(hua)(hua)硅(gui)(gui)(gui)肖特基(ji)二极管的(de)击穿电压已达到600V。
(3) 碳(tan)化(hua)硅有高的(de)(de)热(re)导率(lv)，因此(ci)碳(tan)化(hua)硅功率(lv)器件有低的(de)(de)结到环境的(de)(de)热(re)阻。
(4) 碳化硅(gui)器件可工作(zuo)在(zai)高温，碳化硅(gui)器件已有工作(zuo)在(zai)600oC的报道，而硅(gui)器件的最(zui)大工作(zuo)温度仅为150oC.
(5) 碳化硅具(ju)有很高的抗(kang)辐照能力。
(6) 碳化(hua)硅功率器件的(de)正反向(xiang)特性随温度(du)和时间(jian)的(de)变化(hua)很小，可靠性好。
(7) 碳化(hua)硅器(qi)件具有很好的(de)反向(xiang)恢(hui)复(fu)特性(xing)，反向(xiang)恢(hui)复(fu)电(dian)流小，开(kai)关(guan)损耗小。碳化(hua)硅功率器(qi)件可工作在高频(>20KHz)。
(8) 碳(tan)化硅器(qi)件(jian)为(wei)减少功率器(qi)件(jian)体积和降低电(dian)路损耗作出了(le)重(zhong)要贡(gong)献。
碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅肖特基二(er)极管是一种单极型器(qi)(qi)件，因(yin)此相(xiang)比(bi)于传统的(de)硅快(kuai)恢(hui)复(fu)(fu)二(er)极管（Si FRD），碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅肖特基二(er)极管具有理(li)想(xiang)的(de)反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)特性(xing)。在(zai)器(qi)(qi)件从正向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)导通向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)阻断转换(huan)时，几乎没(mei)有反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)电流（如图1.2a），反(fan)向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)恢(hui)复(fu)(fu)时间小(xiao)于20ns，甚至(zhi)600V 10A的(de)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)硅肖特基二(er)极管的(de)反向恢复(fu)时间在(zai)(zai)10ns以内。因此碳化硅(gui)(gui)(gui)肖(xiao)特(te)基(ji)(ji)二(er)(er)极管可以工作在(zai)(zai)更(geng)高(gao)的(de)频率(lv)(lv)，在(zai)(zai)相同频率(lv)(lv)下具(ju)有(you)更(geng)高(gao)的(de)效率(lv)(lv)。另一(yi)个重要的(de)特(te)点(dian)是碳化硅(gui)(gui)(gui)肖(xiao)特(te)基(ji)(ji)二(er)(er)极管具(ju)有(you)正(zheng)的(de)温(wen)度系数，随着温(wen)度的(de)上升电(dian)阻也逐渐上升，这与硅(gui)(gui)(gui)FRD正(zheng)好相反。这使得碳化硅(gui)(gui)(gui)肖(xiao)特(te)基(ji)(ji)二(er)(er)极管非常适合并联实用，增(zeng)加了系统(tong)的安全性(xing)和可靠性(xing)。
概(gai)括(kuo)碳化(hua)硅肖特基二极管的主要优势，有如下特点(dian)：
1. 几乎无开(kai)关损耗
2. 更高的开关频率
3. 更高的效率(lv)
4. 更高的工作温(wen)度(du)
5. 正(zheng)的温(wen)度系(xi)数(shu)，适合于(yu)并(bing)联工作(zuo)
6. 开(kai)关特性(xing)几乎与(yu)温(wen)度无关
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