第三代SiC蕭特基二極體：SCS3系列 : SiC蕭特基二極體持續進化中

ROHM推出了SiC蕭特基二極體（以下稱為SiC　SBD）的第三代產品“SCS3系列”。SCS3系列進一步改善了第二代SiC SBD實現的當時業界最小正向電壓，並大幅提高了抗突波電流性能的產品。我們就SCS3系列的特點、應用範圍展望等，採訪了負責研發的ROHM株式會社 功率元件製造部 千賀 景先生。

－今年春天ROHM宣佈推出SiC-SBD的第三代產品。後面我會問到第三代SiC-SBD的特點和相比上一代的優點，不過由於機會難得，能否請您首先介紹一下SiC-SBD的基礎內容？說實話，我認為非常瞭解使用了SiC（碳化矽）這種半導體的二極體和電晶體的特點的人並不多。

是啊！2010年ROHM確立SiC功率元件的一貫制生產體制，並開始SiC-SBD和SiC-MOSFET的量產。當時的情況是SiC-SBD屬於在日本國內首創、SiC-MOSFET屬於在全球首創。作為SiC功率元件，SiC SBD在市場上開始流通是在二十世紀初，而SiC MOSFET則僅有5年左右的歷史。

首先對SiC半導體材料的物理性質稍作說明。

SiC是在熱、化學、機械方面都非常穩定的化合物半導體，對於功率元件來說很重要的參數都非常優異。由於其絕緣擊穿場強比Si高約10倍，因此確保耐壓所需的膜的摻雜（donor）濃度可以很高，膜厚可以做到很薄，從而可實現單位面積的電阻非常低的高耐壓產品。其效果是可實現高耐壓且高速開關性能優異的多數載子元件（SBD、MOSFET等）。另外，與Si材料相比，還具有能帶隙約3倍，熱導率高約3倍的特點。

－SiC相對於Si, SiC是個可以高速開關的多數載子元件,同時對於高耐壓化也是非常有利的半導體材料.

的確如此。我想以二極體為例詳細進行說明。下圖是SiC-SBD、Si-SBD、Si-PND的示意圖，顯示了電流流動的機制。

SiC-SBD和Si-SBD都是蕭特基二極體，因此金屬與n型半導體間形成的蕭特基接合的結構基本相同，電流藉由多數載子的移動而產生電流的流動。之所以SiC-SBD的厚度看起來較薄，是因為如前所述，確保耐壓所需的膜厚較薄，因此可實現更低阻值。Si-PND由p型矽和n型矽的接合構造組成，多數載子和少數載子均有助於電流傳導。

SiC-SBD和Si-SBD都屬於藉由n型半導體中的多數載子（電子）作用而工作的多數載子，因此具有高速開關的特點。而且，SiC-SBD還實現了Si-SBD很難實現的高耐壓。Si-SBD在實際應用中耐壓極限大概為200V左右，而ROHM已經量產的SiC-SBD產品最高達1700V，並且還正在研發更高耐壓的產品。

Si-PND屬於少數載子，可同時實現遠超Si-SBD的高耐壓和低阻值，但其開關性能劣於多數載子。Si-PND中提高了開關速度的產品是FRD，然而開關時的恢復特性依然劣於SBD。

右圖表示Si-SBD、Si-PND/FRD和SiC-SBD的耐壓覆蓋範圍。SiC-SBD覆蓋了Si-PND/FRD的大部分耐壓範圍，因此將該耐壓範圍的Si-PND/FRD替換為SiC-SBD，可改善恢復特性，並可在應用上發揮其優勢。

－SiC-SBD覆蓋了Si-SBD無法攀登的高耐壓範圍，那是與FRD一比高下的範圍，但其恢復特性遠遠優於FRD是嗎？

是的。下面是SiC-SBD和Si-FRD開關時的恢復特性比較。
以及兩者的溫度依賴性比較。

首先，一目了然的是SiC-SBD的恢復特性顯著優異。另外，幾乎不受溫度的影響。前面針對結構簡單介紹過，Si-FRD通過少數載子作用來實現在低阻值下的ON工作。然而，在OFF時少數載子貢獻於恢復電流，成為應用上的開關損耗。SiC-SBD是多數載子，因而在原理上沒有這項恢復動作。僅會流過因為元件的接合電容帶來的恢復電流，幾乎不受溫度的影響。

可大幅降低恢復損耗，因此有助於提高裝置的效率。另外，恢復電流較小，這有利於降低雜訊，減少這些對策零件還可進一步縮減電路規模。

－還有其他需要瞭解的特性嗎？

正向電壓（V_F）特性也有與Si-FRD產品的不同之處。看下圖會比較容易理解。

此有助於提高裝置的Si-SBD的V_F溫度特性與包括Si-FRD在內的Si-PND不同。Si-FRD隨著溫度升高電阻下降，V_F降低，而SiC-SBD隨著溫度升高V_F也升高。

這個特性有利有弊，當並聯使用Si- FRD時，當一端的二極體產生電流偏差時可能會發生熱失控，而SiC-SBD的V_F升高，可使電流平衡。因此SiC-SBD從可並聯連接二極體的角度看具有優勢。反之需要注意的是抗突波電流性能I_FSM遜於Si- FRD這一點。

－能否請您對前面的說明做一個總結？

首先，SiC是非常適合功率元件的半導體材料，具有優異的特性。作為蕭特基二極體時，具有卓越的高速性能，可實現Si-SBD無法匹敵的高耐壓元件。從耐壓的角度可與Si-FRD一爭高下，但其恢復性能更具優勢。高速恢復特性有助於裝置的效率提升和應用電路的小型化。

－那麼有沒有什麼課題呢？

我認為課題是與Si-FRD相比抗突波電流性能較差。ROHM推出的第三代SiC-SBD就是解決該課題的行動之一。第三代產品不僅具備ROHM擅長的低V_F特性，還提高了抗突波電流性能I_FSM，並改善了漏電流I_R特性，採用SiC功率元件的客戶有望進一步增加。

（未完待續）