SiC SBD具有高耐压、快恢复速度、低损耗和低漏电流等优点,可降低电力电子系统的损耗并显著提高效率。适合高频电源、新能源发电及新能源汽车等多种应用,本文介绍SiC SBD的静态特性和动态特性。
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SBD(肖特基势垒二极管)是一种利用金属和半导体接触,在接触处形成势垒,具有整流功能的器件。Si SBD耐压一般在200V以下,而耐压在600V以上的SiC SBD产品已广泛产品化。SiC SBD的某些产品具有3300V的耐压。半导体器件的击穿电压与半导体漂移层的厚度成正比,因此为了提高耐压,必须增加器件的厚度。而SiC的击穿电场强度是Si的10倍。因此,采用SiC半导体,理论上是有可能制造出与Si器件厚度相同、同时其耐压10倍于Si器件的SiC SBD。例如,耐压为3300V的SiC SBD漂移层厚度约为30μm,这使其比Si更薄。
SBD是一种单极型器件,因此器件内部不会积聚少数载流子。关断过程中流过的电流是其n漂移区形成耗尽层期间扫出的电荷,以维持反向阻断电压,这种现象类似于快恢复二极管的反向恢复电流。
如图1为SiC SBD不同温度下正向压降对比,其微分电阻具有正温度特性,可在并联使用时抑制芯片之间的电流不平衡。这一特性有利于防止SBD热失控。图2为SiC SBD不同温度下正向特性变化。

图1:SiC SBD(FMF600DXZ-24B)正向压降

图2:SiC SBD(FMF600DXZ-24B)温度特性
图3显示了SiC SBD从导通状态变为截止状态时的电流和电压波形。对于PIN Si二极管来说,即使二极管关断,电流仍会继续流动,直到内部的少数载流子耗尽(反向恢复电流),因此需要一定的时间才能将电流恢复为零。而SiC SBD是单极型器件,没有少数载流子,只需要为结电容充电所需的电流。此外,SiC SBD的结电容相对较小,因此反向恢复时间短,损耗极小。

图3:SiC SBD(FMF600DXZ-24B)关断波形
三菱电机将高频IGBT芯片和SiC SBD结合,开发了一系列混合SiC模块,如表1所示,适合高频应用。从性价比的角度出发,可以与全SiC模块进行比较和选择。

表1:混合SiC模块
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