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碳化硅肖特基二极管参数选型表-肖特基二极管原理及特点优势-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-11-24 

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碳化硅肖特基二极管

碳化硅肖特基二极管早已有之。它是一种金属与半导体硅接触的二极管,由于它的这种特殊结构,使其具有如下不同寻常的特性:


碳化硅肖特基二极管比PN结器件的行为特性更像一个理想的开关。肖特基二极管最重要的两个性能指标就是它的低反向恢复电荷(Qrr)和它的恢复软化系数。


低Qrr在二极管电压换成反向偏置时,关闭过程所需时间,即反向恢复时间trr大大缩短。下表所列肖特基二极管trr小于0.01微妙。便于用于高频范围,有资料介绍其工作频率可达1MHz(也有报道可达100GHz)。高软化系数会减少二极管关闭所产生的EMI噪声,降低换向操作干扰。


碳化硅肖特基二极管还有一个比PN结器件优越的指标是正向导通电压低,具有低的导通损耗。


碳化硅肖特基二极管也有两个缺点,一是反向耐压VR较低,一般只有100V左右;二是反向漏电流IR较大。


肖特基二极管原理

肖特基二极管是贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极,以N型半导体B为负极,利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子,贵金属中仅有极少量的自由电子,所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然,金属A中没有空穴,也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A,B表面电子浓度逐渐降低,表面电中性被破坏,于是就形成势垒,其电场方向为B→A。但在该电场作用之下,A中的电子也会产生从A→B的漂移运动,从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后,电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡,便形成了肖特基势垒。


典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极使用钼或铝等材料制成阻档层。用二氧化硅(SiO2)来消除边缘区域的电场,提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻,其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层,其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数,N型基片和阳极金属之间便形成肖特基势垒,如图所示。当在肖特基势垒两端加上正向偏压(阳极金属接电源正极,N型基片接电源负极)时,肖特基势垒层变窄,其内阻变小;反之,若在肖特基势垒两端加上反向偏压时,肖特基势垒层则变宽,其内阻变大。


综上所述,肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管,而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管,采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世,这不仅可节省贵金属,大幅度降低成本,还改善了参数的一致性。

碳化硅,肖特基二极管


碳化硅半导体材料和用它制成的功率器件的特点

碳化硅SiC的能带间隔为硅的2.8倍(宽禁带),达到3.09电子伏特。其绝缘击穿场强为硅的5.3倍,高达3.2MV/cm.,其导热率是硅的3.3倍,为49w/cm.k。


它与硅半导体材料一样,可以制成结型器件、场效应器件、和金属与半导体接触的肖特基二极管。


其优点是:

(1) 碳化硅单载流子器件漂移区薄,开态电阻小。比硅器件小100-300倍。由于有小的导通电阻,碳化硅功率器件的正向损耗小。


(2) 碳化硅功率器件由于具有高的击穿电场而具有高的击穿电压。例如,商用的硅肖特基的电压小于300V,而第一个商用的碳化硅肖特基二极管的击穿电压已达到600V。


(3) 碳化硅有高的热导率,因此碳化硅功率器件有低的结到环境的热阻。


(4) 碳化硅器件可工作在高温,碳化硅器件已有工作在600oC的报道,而硅器件的最大工作温度仅为150oC.


(5) 碳化硅具有很高的抗辐照能力。


(6) 碳化硅功率器件的正反向特性随温度和时间的变化很小,可靠性好。


(7) 碳化硅器件具有很好的反向恢复特性,反向恢复电流小,开关损耗小。碳化硅功率器件可工作在高频(>20KHz)。


(8) 碳化硅器件为减少功率器件体积和降低电路损耗作出了重要贡献。


碳化硅肖特基二极管选型

碳化硅,肖特基二极管


碳化硅肖特基二极管优势

碳化硅肖特基二极管是一种单极型器件,因此相比于传统的硅快恢复二极管(Si FRD),碳化硅肖特基二极管具有理想的反向恢复特性。在器件从正向导通向反向阻断转换时,几乎没有反向恢复电流(如图1.2a),反向恢复时间小于20ns,甚至600V 10A的碳化硅肖特基二极管的反向恢复时间在10ns以内。因此碳化硅肖特基二极管可以工作在更高的频率,在相同频率下具有更高的效率。另一个重要的特点是碳化硅肖特基二极管具有正的温度系数,随着温度的上升电阻也逐渐上升,这与硅FRD正好相反。这使得碳化硅肖特基二极管非常适合并联实用,增加了系统的安全性和可靠性。


概括碳化硅肖特基二极管的主要优势,有如下特点:

1. 几乎无开关损耗


2. 更高的开关频率


3. 更高的效率


4. 更高的工作温度


5. 正的温度系数,适合于并联工作


6. 开关特性几乎与温度无关


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