这两篇其实针对同一个问题——同步降压转换器中,低边MOSFET (LSS)作为同步整流管工作时,反向恢复较差,带来较大的损耗及可靠性风险,
这两篇给出了两种解决方案,
1、外接SBD
2、器件内部集成SBD,
但前者会增加系统设计复杂性,且外接SBD的封装引线寄生电感会引发导通延迟,
后者则会增加器件制造工艺复杂性,且集成SBD会增大关态漏电,对器件可靠性不利。
于是有了第三种方案——伪肖特基效应(Pseudo-Schottky Effect),
何为伪肖特基效应?
简言之,
器件工作在第三象限时,利用体效应暂时降低器件阈值电压,使得体二极管导通之前,沟道便部分开启,
如此一来,多子主导电流,少子注入不成气候,从而改善反向恢复特性。
具体解释其中原理,
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图片来源:网络
如上,MOSFET阈值电压公式,
Vt0是体效应为0(源-体结无偏置)时的阈值电压,ψB为体区电势,通常近似为2倍费米电势,
若VSB=0,则Vt= Vt0,
若VSB<0,则Vt< Vt0,器件阈值电压降低,沟道部分开启,电流从此流过,
该效应的作用范围受源-体PN结限制,仅在-0.6V< VSB<0范围内有效,
为什么会这样?
因为如果VSB>0,源-体PN结反偏,器件阈值电压反而增大,
如果VSB<-0.6V,源-体PN结正偏且充分导通,PN结导通将取代沟道导通,成为主导机制。
体效应对器件阈值电压影响的强度可以用γ表示,

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如上,εsi是Si介电常数,NB是沟道区(体区)掺杂浓度,xox是栅氧厚度,
可以将γ理解成这样一个指标,它可以衡量器件阈值电压对源极电压变化的敏感程度,
γ越大,相同源极电压变化量,对器件阈值电压造成的影响越大。
与工艺相关的参数主要有二:
1、体区浓度NB,
NB越大,耗尽区越窄,单位体积电荷密度越大,更密集的电荷分布会对电压变化产生更敏感的反应,γ越大,
2、栅氧厚度xox,
xox越大,γ越大,这可以反过来理解——xox越大,栅控能力越弱,VSB对阈值电压的影响越强。
实际制作中,无论增大NB还是增大xox,都会使器件固有阈值电压Vt0增大,这点需注意,
另,如果选择增大xox,栅控能力的削弱会导致跨导降低,不建议,
因此优先通过增大NB以提升γ,
那Vt0增大该如何处理?
对沟槽栅VDMOS,可通过倾斜注入,将杂质注入沟槽侧壁,从而对沟道区域进行浅结阈值调整,避免Vt0显著增大。
以这种方式,关断状态下,器件保持常规阈值电压,漏电不会提升,
第三象限工作条件下,γ显著提升,阈值电压降低,沟道部分开启,实现与集成/外接SBD类似的IV特性,

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伪肖特基效应的第三象限IV、反向恢复特性如上,
先看左图,伪肖特基效应与外接SBD的IV曲线形状相似,器件开启电压远低于正向导通状态的阈值电压,
且在相同电流密度下,伪肖特基器件开启电压亦低于PN结二极管的正向压降,
再看右图,
伪肖特基器件的Irr降至传统器件的1/3,trr不到传统器件的1/5,效果显著。
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