發布日期：2022-10-09 點擊率：80
【導讀】碳化硅作為一種寬禁帶半導體材料，比傳統的硅基器件具有更優越的性能。碳化硅的寬禁帶(3.26eV)、高臨界場(3×106V/cm)和高導熱系數(49W/mK)使功率半導體器件效率更高，運行速度更快，能夠有效降低產品成本、體積及重量。
碳化硅具有載流子飽和速度高和熱導率大的特點，應用開關頻率可達到1MHz，在高頻應用中優勢明顯，其中碳化硅肖特基二極管（SiC JBS）耐壓可以達到6000V以上。
相對應的，硅材料的禁帶寬度較低，在較低的溫度下硅器件本征載流子濃度較高，而高的漏電流會造成熱擊穿，這限制了器件在高溫環境和大功率耗散條件下工作。
1、碳化硅肖特基二極管器件結構和特征
用碳化硅肖特基二極管替換快速PN 結的快速恢復二極管（FRD)，能夠明顯減少恢復損耗，有利于開關電源的高頻化，減小電感、變壓器等被動元件的體積，使開關電源小型化，并降低產品噪音。
2、碳化硅肖特基二極管的正向特性
碳化硅肖特基二極管的開啟導通電壓比硅快速恢復二極管較低，如果要降低VF值，需要減薄肖特基勢壘的高度，但這會使器件反向偏壓時的漏電流增大。
碳化硅肖特基二極管的溫度特性與硅快速恢復二極管不同，當溫度升高時導通阻抗會增加，VF值也上升，這樣器件發熱不易發生熱失控，更適合并聯使用。
同等溫度條件下，IF=10A時碳化硅與硅二極管正向導通電壓比對，碳化硅肖特基二極管的導通壓降為1.5V，硅快速恢復二極管的導通壓降為1.7V, 碳化硅材料性能好于硅材料。
3、碳化硅肖特基二極管的恢復特性
硅快速恢復二極管存在反向漏電流較大和反向恢復時間長的問題，當二極管從正向導通狀態切換到反向截止狀態時，瞬間會產生極大的反向瞬態沖擊電流，器件從正壓導通轉向反壓截止偏壓狀態。此過程時間長，電流大，會產生較大的損耗，當器件正向電流越大及溫度越高時，恢復時間和恢復電流就越大，損耗也就越大。
碳化硅肖特基二極管是一種多數載流子導電器件（單極性器件），在工作過程中不會發生少數載流子存儲的現象，也不會產生過大的正反向切換瞬態沖擊電流，只有結電容放電的小電流，因此碳化硅肖特基二極管的開關損耗比硅快速恢復二極管更低。使用碳化硅肖特基二極管可以減少損耗，能快速穩定實現器件的正反切換，提高產品的效率和降低產品噪音，同時易于改善EMI。
以下測試結果基于基本半導體碳化硅肖特基二極管B1D20065K(650V/20A),電流特性（5A、10A、15A）：
硅快速恢復二極管（環境溫度25℃）
碳化硅肖特基二極管（環境溫度25℃）
○ 硅快恢復二極管在5A、10A和15A對應的反向恢復電流分別是9.3A、13.0A和15.8A；
○ 碳化硅肖特基二極管在5A、10A和15A對應的反向恢復電流分別是2.5A、3.1A和3.6A；
從測試數據來看，在5A、10A、15A三等級電流測試中，碳化硅肖特基二極管的反向恢復電流比硅快恢復二極管小，有利提升產品效率。
硅快速恢復二極管（10A）
碳化硅肖特基二極管（10A）
○ 在25℃和125℃時，硅快恢復二極管的反向恢復電流分別是13.2A和24.4A；
○ 在25℃和125℃時，碳化硅肖特基二極管的反向恢復電流分別是3.0A和3.1A；
從測試數據來看，在同等溫度條件下，IF=10A時，碳化硅肖特基二極管的反向恢復電流低于硅快恢復二極管，因此碳化硅肖特基二極管的損耗同樣低于硅快恢復二極管。
4、基本半導體碳化硅肖特基二極管主要特性參數及應用
○ 最高反向工作電壓（VRSM）：二極管能承受的最大反向電壓；
○ 正向連續導通電流（IF）：二極管長期連續工作時所允許通過的最大正向電流，IF值與器件結溫呈負相關關系，結溫越高，IF值越小。
○ 正向瞬時導通電流（IF）：IFSM及IFMAX越大，瞬時抗沖擊浪涌能力越強。
○ 正向電壓（VF）：正向電壓越大，二極管的功耗越大，其值越小越好。
○ 工作溫度（Tj）: Tj的工作溫度越寬，說明器件的高溫特性越好，可以在高溫下工作，不影響器件的性能。
○ 反向飽和電流（IR）：也稱為漏電流，在反向偏壓一定的情況下，反向飽和電流的大小決定了二極管自身的損耗，反向飽和電流越大，二極管的功耗越大，器件本體發熱越嚴重，因此反向飽和電流直接影響二極管的可靠性，其值越小越好；
○ 電荷電容（QC）：QC越大，二極管的開關損耗越大；
○ 熱阻Rth(jc): Rth(jc)值越小，在使用中二極管管芯向外部散熱速度越快，器件溫度越低，散熱效果越好，器件工作穩定性越好。
基本半導體自主研發推出了650V、1200V、1700V系列標準封裝碳化硅肖特基二極管及1200V碳化硅MOSFET產品，具有極高的工作效率，性能優越達到國際先進水平，可廣泛應用于新能源充電樁、光伏逆變器、5G微基站電源、軌道交通系統中的輔助電源以及車載OBC等功率因數校正電路（PFC 電路）和DC/DC整流輸出電路中。
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