解析SiC-SBD的特征及其与Si二极管的不同

时间： 2024-07-12 来源：SLKOR官网

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SiC肖特基势垒二极管和Si肖特基势垒二极管

我们先从SiC肖特基势垒二极管（以下简称为"SBD"）的结构开始介绍。如下图所示，为了形成肖特基势垒，将半导体SiC与金属相接合（肖特基结）。这种结构与Si肖特基势垒二极管基本相同，其重要特征是具备高速特性。

SiC-SBD的特点是不仅具有优异的高速性，同时实现了高耐压。提高Si-SBD的耐压只需增厚图中的n-型层、降低载流子浓度，但这会导致阻值上升和V_F增高等损耗问题，无法实际应用。因此，Si-SBD的耐压200V已经是极限。而SiC拥有超过硅10倍的绝缘击穿场强，因此不仅保持实际应用特性，还能耐受高压。

SiC-SBD和Si-PN结二极管

针对SBD以上的高耐压问题，我们可以使用PN结二极管（称为"PND"）来应对。下图展示了Si-PN二极管的结构。SBD是仅电子移动，电流流动，而PN结二极管则通过电子和空穴（孔）使电流流动。通过在n-层积蓄少数载流子的空穴，使阻值下降，从而同时实现高耐压和低阻值，但关断速度会变慢。

尽管快速恢复二极管（FRD）利用PN结二极管提高了速度，但其反向恢复时间（t_rr）等性能不如SBD。因此，提高高耐压Si PN结二极管的t_rr损耗是当前研究的重要课题之一。同时，开关电源无法适应高速开关频率也是需要解决的问题之一。

右上图表示Si的SBD、PND、FRD和SiC-SBD耐压的覆盖范围。可以看出SiC-SBD基本覆盖了PND/FRD的耐压范围。SiC-SBD可同时实现高速性和高耐压，与PND/FRD相比Err（恢复损耗）显著降低，开关频率也可提高，因此可使用小型变压器和电容器，有助于设备小型化。

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