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SiC功率元件

SiC蕭基特二極體

所謂SiC-SBD-特徵以及與Si二極體的比較

繼SiC功率元件概要之後,接著說明具體元件。首先,從SiC蕭特基二極體開始。

SiC蕭特基二極體與Si蕭特基二極體

從SiC蕭特基二極體(以下簡稱SBD)的構造開始説明。如下圖所示,讓金屬與半導體SiC接合(蕭特基接面)以便獲得蕭特基障壁(Schottky Barrier)。構造方面,與Si的蕭特基二極體基本上相同,重點特徴也同樣為高速性。

那麼,SiC-SBD的特徴是什麼呢?除了高速性佳,同時亦可達到高耐壓。想提升Si-SBD的耐壓,最好將圖中n-型層加厚並將載子濃度﹙carrier density﹚變低,不過有阻抗値上升、VF變高等大損失,實用特性差。因此,Si-SBD的耐壓極限是200V。反之,SiC由於擁有矽的10倍絕緣破壊電場,因此除了具備實用特性外,亦可耐高壓。

ROHM已量產650V和1200V之SiC-SBD,而1700V品則正在研發中。

SiC_2-1_sicsky

SiC-SBD與Si-PN接面二極體

Si二極體中要達到SBD以上之耐壓須為PN接面二極體(標記PND)。下圖為Si-PN二極體構造。SBD只藉由移動電子來流動電流,而PN接面二極體則藉由電子與正孔(hole)來流動電流。n-層因為有少數載子的正孔蓄積,所以阻抗値會降低。雖然同時達到了高耐壓和低阻抗,但二極體的速度會變慢。

雖然PN接面二極體中提升高速性的是FRD(fast recovery diode,高速整流二極體),但是trr(反向恢復時間)特性等卻比SBD差。因此,在高耐壓Si PN接面二極體中,trr損失是一大檢討事項,而且還有切換電源無法達到高速切換頻率的課題。

SiC_2-1_sicsky

上圖右方為Si的SBD、PND、FRD與SiC-SBD的耐壓覆蓋範圍,可以知道SiC-SBD大幅蓋過了PND/FRD的耐壓範圍。SiC-SBD由於同時達到了高速性和高耐壓,相較於PND/FRD可大幅削減Err(恢復損失)並提高切換頻率,因此可以使用小型變壓器或電容器,有助於機器的小型化。

以下為1200V耐壓SiC-SBD的部分數據表,接下來要說明主要特性。

SiC_2-1_sicsky

重點:

・SiC-SBD的特徴是除了攡有卓越的高速性之外,亦達到了高耐壓。

・相較於高耐壓Si-PN二極體,由於反向恢復時間等高速性極佳,因此可以降低損失及小型化。


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