碳化硅肖特基二極管

碳化硅肖特基二極管早已有之。它是一種金屬與半導體硅接觸的二極管，由于它的這種特殊結構，使其具有如下不同尋常的特性：

碳化硅肖特基二極管比PN結器件的行為特性更像一個理想的開關。肖特基二極管最重要的兩個性能指標就是它的低反向恢復電荷(Qrr)和它的恢復軟化系數。

低Qrr在二極管電壓換成反向偏置時，關閉過程所需時間，即反向恢復時間trr大大縮短。下表所列肖特基二極管trr小于0.01微妙。便于用于高頻范圍，有資料介紹其工作頻率可達1MHz(也有報道可達100GHz)。高軟化系數會減少二極管關閉所產生的EMI噪聲，降低換向操作干擾。

碳化硅肖特基二極管還有一個比PN結器件優越的指標是正向導通電壓低，具有低的導通損耗。

碳化硅肖特基二極管也有兩個缺點，一是反向耐壓VR較低，一般只有100V左右;二是反向漏電流IR較大。

肖特基二極管原理

肖特基二極管是貴金屬（金、銀、鋁、鉑等）A為正極，以N型半導體B為負極，利用二者接觸面上形成的勢壘具有整流特性而制成的金屬-半導體器件。因為N型半導體中存在著大量的電子，貴金屬中僅有極少量的自由電子，所以電子便從濃度高的B中向濃度低的A中擴散。顯然，金屬A中沒有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴散運動。隨著電子不斷從B擴散到A，B表面電子濃度逐漸降低，表面電中性被破壞，于是就形成勢壘，其電場方向為B→A。但在該電場作用之下，A中的電子也會產生從A→B的漂移運動，從而消弱了由于擴散運動而形成的電場。當建立起一定寬度的空間電荷區后，電場引起的電子漂移運動和濃度不同引起的電子擴散運動達到相對的平衡，便形成了肖特基勢壘。

典型的肖特基整流管的內部電路結構是以N型半導體為基片，在上面形成用砷作摻雜劑的N-外延層。陽極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅（SiO2）來消除邊緣區域的電場，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態電阻，其摻雜濃度較H-層要高100%倍。在基片下邊形成N+陰極層，其作用是減小陰極的接觸電阻。通過調整結構參數，N型基片和陽極金屬之間便形成肖特基勢壘，如圖所示。當在肖特基勢壘兩端加上正向偏壓（陽極金屬接電源正極，N型基片接電源負極）時，肖特基勢壘層變窄，其內阻變小；反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時，肖特基勢壘層則變寬，其內阻變大。

綜上所述，肖特基整流管的結構原理與PN結整流管有很大的區別通常將PN結整流管稱作結整流管，而把金屬-半導管整流管叫作肖特基整流管，采用硅平面工藝制造的鋁硅肖特基二極管也已問世，這不僅可節省貴金屬，大幅度降低成本，還改善了參數的一致性。

碳化硅半導體材料和用它制成的功率器件的特點

碳化硅SiC的能帶間隔為硅的2.8倍(寬禁帶),達到3.09電子伏特。其絕緣擊穿場強為硅的5.3倍,高達3.2MV/cm.，其導熱率是硅的3.3倍,為49w/cm.k。

它與硅半導體材料一樣，可以制成結型器件、場效應器件、和金屬與半導體接觸的肖特基二極管。

其優點是：

(1) 碳化硅單載流子器件漂移區薄，開態電阻小。比硅器件小100-300倍。由于有小的導通電阻，碳化硅功率器件的正向損耗小。

(2) 碳化硅功率器件由于具有高的擊穿電場而具有高的擊穿電壓。例如，商用的硅肖特基的電壓小于300V，而第一個商用的碳化硅肖特基二極管的擊穿電壓已達到600V。

(3) 碳化硅有高的熱導率，因此碳化硅功率器件有低的結到環境的熱阻。

(4) 碳化硅器件可工作在高溫，碳化硅器件已有工作在600oC的報道，而硅器件的最大工作溫度僅為150oC.

(5) 碳化硅具有很高的抗輻照能力。

(6) 碳化硅功率器件的正反向特性隨溫度和時間的變化很小，可靠性好。

(7) 碳化硅器件具有很好的反向恢復特性，反向恢復電流小，開關損耗小。碳化硅功率器件可工作在高頻(>20KHz)。

(8) 碳化硅器件為減少功率器件體積和降低電路損耗作出了重要貢獻。

碳化硅肖特基二極管選型

碳化硅肖特基二極管優勢

碳化硅肖特基二極管是一種單極型器件，因此相比于傳統的硅快恢復二極管（Si FRD），碳化硅肖特基二極管具有理想的反向恢復特性。在器件從正向導通向反向阻斷轉換時，幾乎沒有反向恢復電流（如圖1.2a），反向恢復時間小于20ns，甚至600V 10A的碳化硅肖特基二極管的反向恢復時間在10ns以內。因此碳化硅肖特基二極管可以工作在更高的頻率，在相同頻率下具有更高的效率。另一個重要的特點是碳化硅肖特基二極管具有正的溫度系數，隨著溫度的上升電阻也逐漸上升，這與硅FRD正好相反。這使得碳化硅肖特基二極管非常適合并聯實用，增加了系統的安全性和可靠性。

概括碳化硅肖特基二極管的主要優勢，有如下特點：

1. 幾乎無開關損耗

2. 更高的開關頻率

3. 更高的效率

4. 更高的工作溫度

5. 正的溫度系數，適合于并聯工作

6. 開關特性幾乎與溫度無關

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