SiC功率器件和模塊！

SiC（碳化硅）是一種由硅（Si）和碳（C）組成的化合物半導體材料。表1-1顯示了每種半導體材料的電氣特性。SiC具有優異的介電擊穿場強（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實現對器件制造所需的p型和n型的控制。因此，SiC被認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。對于功率器件，4H-SiC被認為是理想的，其單晶4英寸到6英寸之間的晶圓目前已量產。

由于SiC的高介電擊穿場強約為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漂移層的電阻。因此，SiC可以實現具有非常高的擊穿電壓器件單位面積導通電阻低。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的導通電阻增加的問題。

然而，它們遭受較大的開關損耗，并且由于高頻驅動器產生的熱量而限制了高頻驅動。開關損耗。相比之下，使用SiC，可以通過多數載流子器件（肖特基勢壘）實現高擊穿電壓二極管和MOSFET），它們是高速器件結構。因此，所有三個特點，即“高擊穿電壓”，可以同時實現“低導通電阻”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，隨著封裝的進步，可以實現200°C以上的保證溫度未來的技術）。

2.1設備結構及特點

使用SiC，可以使用肖特基勢壘二極管(SBD)結構實現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，可以顯著降低恢復損失帶SBD的PN結二極管（FRD：快速恢復二極管）。這有助于提高電源效率，通過高頻驅動實現線圈等無源元件的小型化和降噪。它們的應用主要是功率因數校正(PFC)電路和二次側整流橋，并擴展到EV、電源的車載充電器太陽能發電用空調、服務器電源、空調等。

目前，ROHM的產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^設計較低的勢壘高度來降低。但是，兩者之間存在權衡關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，工藝創新成功將上升電壓降低了約0.15 V將漏電流和恢復性能保持在與傳統產品相同的水平。此外，在第三代SBD中，通過結合JBS（結勢壘肖特基）進一步降低了VF和漏電流第二代SBD的結構和低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使用，因為不太可能發生熱失控。

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

因此，第三代SBD采用了JBS結構，將IFSM特性提高了約2從第二代開始。由于在JBS結構的肖特基界面上制作了微型PN結二極管，當大電流流過時，空穴通過PN結注入，減少了漂移層電阻的增加。到期的由于它們對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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