SiC（碳化硅）是一種由硅（Si）和碳（C）組成的化合物半導(dǎo)體材料。表1-1顯示了每種半導(dǎo)體材料的電氣特性。SiC具有優(yōu)異的介電擊穿場強(qiáng)（擊穿場）和帶隙（能隙），分別是Si的10倍和3倍。此外，可以在很寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)器件制造所需的p型和n型的控制。因此，SiC被認(rèn)為是有望超越硅極限的功率器件材料。SiC具有多種多型（晶體多晶型），并且每種多型顯示不同的物理特性。對(duì)于功率器件，4H-SiC被認(rèn)為是理想的，其單晶4英寸到6英寸之間的晶圓目前已量產(chǎn)。

由于SiC的高介電擊穿場強(qiáng)約為Si的10倍，因此高600V到幾千V的擊穿電壓功率器件可以制造具有更高的漂移層雜質(zhì)濃度和與Si器件相比更薄的厚度。大部分高擊穿電阻元件電壓功率器件就是這個(gè)漂移層的電阻。因此，SiC可以實(shí)現(xiàn)具有非常高的擊穿電壓器件單位面積導(dǎo)通電阻低。與Si相比，單位面積的漂移層電阻理論上可以降低到1/300相同的擊穿電壓。使用Si，少數(shù)載流子器件（雙極器件）包括IGBT（絕緣柵雙極晶體管）主要用于解決與較高擊穿電壓相關(guān)的導(dǎo)通電阻增加的問題。

然而，它們?cè)馐茌^大的開關(guān)損耗，并且由于高頻驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的熱量而限制了高頻驅(qū)動(dòng)。開關(guān)損耗。相比之下，使用SiC，可以通過多數(shù)載流子器件（肖特基勢壘）實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓二極管和MOSFET），它們是高速器件結(jié)構(gòu)。因此，所有三個(gè)特點(diǎn)，即“高擊穿電壓”，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)“低導(dǎo)通電阻”和“高速”。外，它的帶隙大約是Si的3倍，使功率器件能夠以更高的溫度（盡管由于熱量的限制，目前保證溫度約為150°C至175°C封裝的電阻可靠性，隨著封裝的進(jìn)步，可以實(shí)現(xiàn)200°C以上的保證溫度未來的技術(shù)）。

2.1設(shè)備結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

使用SiC，可以使用肖特基勢壘二極管(SBD)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)1,200 V以上的高擊穿電壓二極管（向上到大約200 V與Si基SBD）。因此，如圖2-1所示，通過替換目前流行的高速，可以顯著降低恢復(fù)損失帶SBD的PN結(jié)二極管（FRD：快速恢復(fù)二極管）。這有助于提高電源效率，通過高頻驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)線圈等無源元件的小型化和降噪。它們的應(yīng)用主要是功率因數(shù)校正(PFC)電路和二次側(cè)整流橋，并擴(kuò)展到EV、電源的車載充電器太陽能發(fā)電用空調(diào)、服務(wù)器電源、空調(diào)等。

目前，ROHM的產(chǎn)品陣容中列出了擊穿電壓為650 V、1,200 V和1,700 V的SBD。SiC SBD的上升電壓略小于1 V，類似于Si FRD。上升電壓由高度決定肖特基勢壘，通?？梢酝ㄟ^設(shè)計(jì)較低的勢壘高度來降低。但是，兩者之間存在權(quán)衡關(guān)系反向偏置條件下的上升電壓和漏電流隨著勢壘高度的降低而增加。在里面ROHM的第二代SBD，工藝創(chuàng)新成功將上升電壓降低了約0.15 V將漏電流和恢復(fù)性能保持在與傳統(tǒng)產(chǎn)品相同的水平。此外，在第三代SBD中，通過結(jié)合JBS（結(jié)勢壘肖特基）進(jìn)一步降低了VF和漏電流第二代SBD的結(jié)構(gòu)和低VF工藝。特別是，VF在高溫下顯著降低。溫度依賴性與Si FRD不同，顯示VF因工作電阻增加而增加隨著溫度的升高。它們可以安全地并聯(lián)使用，因?yàn)椴惶赡馨l(fā)生熱失控。

在第二代SBD中，采用了一種簡單的結(jié)構(gòu)，其中肖特基金屬僅附著在漂移層上，稱為純肖特基結(jié)構(gòu)。然而，由于漂移層的電阻值在較高的當(dāng)正向浪涌電流流過時(shí)，自發(fā)熱限制了電流，從而產(chǎn)生了使峰值浪涌的趨勢當(dāng)前的IFSM比Si FRD更小。在沒有旁路二極管的PFC電路中，啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流和其他情況可能會(huì)損壞SBD。

因此，第三代SBD采用了JBS結(jié)構(gòu)，將IFSM特性提高了約2從第二代開始。由于在JBS結(jié)構(gòu)的肖特基界面上制作了微型PN結(jié)二極管，當(dāng)大電流流過時(shí)，空穴通過PN結(jié)注入，減少了漂移層電阻的增加。到期的由于它們對(duì)浪涌電流的高耐受性，它們可以在沒有旁路二極管的情況下安全地用于PFC電路。

審核編輯：湯梓紅

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