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(gè)理想的開(kāi)關(guān)。肖特基二極管最重要的兩個(gè)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(shí)，關(guān)閉過(guò)程所需時(shí)間，即反向恢復時(shí)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(huì )減少二極管關(guān)閉所產(chǎn)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(gè)比PN結器件優(yōu)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(gè)缺點(diǎn)，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(zhù)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(méi)有空穴，也就不存在空穴自A向B的擴散運動(dòng)。隨著(zhù)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(chǎng)方向為B→A。但在該電場(chǎng)作用之下，A中的電子也會(huì )產(chǎn)生從A→B的漂移運動(dòng)，從而消弱了由于擴散運動(dòng)而形成的電場(chǎng)。當建立起一定寬度的空間電荷區后，電場(chǎng)引起的電子漂移運動(dòng)和濃度不同引起的電子擴散運動(dòng)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(yáng)極使用鉬或鋁等材料制成阻檔層。用二氧化硅（SiO2）來(lái)消除邊緣區域的電場(chǎng)，提高管子的耐壓值。N型基片具有很小的通態(tài)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(guò)調整結構參數，N型基片和陽(yáng)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(yáng)極金屬接電源正極，N型基片接電源負極）時(shí)，肖特基勢壘層變窄，其內阻變??；反之，若在肖特基勢壘兩端加上反向偏壓時(shí)，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(chēng)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(wèn)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(diǎn)

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(chǎng)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(chǎng)效應器件、和金屬與半導體接觸的肖特基二極管。

其優(yōu)點(diǎn)是：

(1) 碳化硅單載流子器件漂移區薄，開(kāi)態(tài)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(chǎng)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(gè)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(huán)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(shí)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(kāi)關(guān)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(yōu)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(shí)，幾乎沒(méi)有反向恢復電流（如圖1.2a），反向恢復時(shí)間小于20ns，甚至600V 10A的碳化硅肖特基二極管的反向恢復時(shí)間在10ns以?xún)?。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(gè)重要的特點(diǎn)是碳化硅肖特基二極管具有正的溫度系數，隨著(zhù)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(lián)實(shí)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(yōu)勢，有如下特點(diǎn)：

1. 幾乎無(wú)開(kāi)關(guān)損耗

2. 更高的開(kāi)關(guān)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(lián)工作

6. 開(kāi)關(guān)特性幾乎與溫度無(wú)關(guān)

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