碳化硅二极管的结构与特性

1 碳化硅二极管器件结构和特征

SiC 能够以高频器件结构的SBD（肖特基势垒二极管）结构得到1200V 以上的高耐压二极管。硅肖特基二极管反向耐压较低，约250V左右。对于能够耐受500～600V以上反向电压要求，人们开始使用碳化硅(SiC)制造器件，因为它能够耐受较高的电压。已经成功开发出用最适合高耐压、大电流电路的SiC（碳化硅）做材料的肖特基势垒二极管。其高速开关特性使开关损耗降低，提高了整机的工作频率。SiC‐SBD的主要特性是：

恢复时间短
能够高速开关
特性因温度影响而产生的变化小

因此，如果用SiC‐SBD 替换现在主流产品的快速PN 结二极管(FRD：快速恢复二极管)，能够明显地减少恢复损耗，有利于电源的高效率化，并且通过高频驱动实现线圈等被动器件的小型化，而且可以降噪。目前广泛应用于空调、电源、光伏发电系统中的功率调节器以及电动汽车的快速充电器等的功率因数校正电路（PFC 电路）和整流桥电路中。

2 SiC‐SBD 的正向特性

SiC‐SBD 的开启电压与Si‐FRD 相同，小于1V。开启电压由肖特基势垒的势垒高度决定，通常如果将势垒高度设计得低的话，开启电压也可以做得低一些，但是这也将导致反向偏压时的漏电流增大。ROHM 的第二代SBD，通过改进制造工艺，成功地使漏电流和恢复性能保持与旧产品相等，而开启电压降低了约0.15V。SiC‐SBD 的温度依存性与Si‐FRD 不同，温度越高，它的导通阻抗就会增加，从而Vf 值也增加。不易发生热失控，所以可以放心地并联使用。

3 SiC‐SBD 的恢复特性

Si 的快速PN 结二极管（FRD：快速恢复二极管）在从正向切换到反向的瞬间会产生极大的瞬态电流，在此期间转移为反向偏压状态，从而产生很大的损耗。这是因为正向通电时积聚在漂移层内的少数载流子不断地进行电传导直到消亡（该时间也称为积聚时间）。正向电流越大，或者温度越高，恢复时间和恢复电流就越大，从而损耗也就越大。与此相反，SiC‐SBD 是不使用少数载流子进行电传导的多数载流子器件（单极性器件），因此原理上不会发生少数载流子积聚的现象。由于只产生使结电容放电程度的小电流，所以与Si‐FRD 相比，能够明显地减少损耗。而且，该瞬态电流基本上不随温度和正向电流而变化，所以不管何种环境下，都能够稳定地实现快速恢复。另外，还可以降低由恢复电流引起的噪音，达到降噪的效果。转载请注明出处 http://www.igbt8.com

总之，相比之前仅使用Si无法实现的极小反向恢复时间（trr）,现在可实现高速开关。由于反向恢复电荷量（Qrr）小，所以可以降低开关损耗，有利于整机的小型化。而且，Si快速恢复二极管的trr会随着温度上升而增大，而SiC则可以维持大体一定的特性。高温工作时也可以无开关损耗地驱动。因为受温度影响的特性变化比Si小，所以具有稳定的特性而可用性高。而且，与Si的快速恢复二极管不同，它的正向电压具有正的温度系数，所以元件的并联连接很简单。并联连接方式有利于防止热的恶循环。
目前SiC‐SBD已广泛被应用于开关电路、马达驱动电路、功率因数校正PFC电路等，如下图：

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