碳化硅肖特基二极管参数选型及优缺点特性-KIAMOS管博客

标签:
碳化硅肖特基二极管碳化硅二极管二极管 |
分类: 碳化硅二极管 |
一、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。
二、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。
四、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600V10A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