3300V碳化硅肖特基二极管及混合功率模块研制

基于数值仿真结果,采用结势垒肖特基(JBS)结构和多重场限环终端结构实现了3 300 V/50 A 4H-SiC肖特基二极管(SBD),所用4H-SiC外延材料厚度为35 μm、n型掺杂浓度为2× 1015cm-3.二极管芯片面积为49 mm2,正向电压2.2V下电流达到50 A,比导通电阻13.7 mΩ· cm2;反偏条件下器件的雪崩击穿电压为4 600 V.基于这种3 300 V/50 A 4H-SiC肖特基二极管,研制出3 300 V/600 A混合功率模块,该模块包含24只3 300 V/50 A Si IGBT与12只3 300 V/50 A 4H-SiC肖特基二极管,SiC肖特基二极管为模块的续流二极管.模块的动态测试结果为:反向恢复峰值电流为33.75 A,反向恢复电荷为0.807 μC,反向恢复时间为41 ns.与传统的Si基IGBT模块相比,该混合功率模块显著降低了器件开关过程中的能量损耗.     

不同退火温度对4H SiC 金半接触的影响

采用高真空电子束蒸发法制作了基于4H SiC外延材料的肖特基二极管,其中欧姆接触材料为Ti/Ni,肖特基接触材料为Ni。常温下,电流-电压(I-V)测试表明Ni/4H SiC肖特基二极管具有良好的整流特性,热电子发射是其主要输运机理。对比分析不同快速退火温度下器件的I-V特性,实验结果表明875 ℃退火温度下欧姆接触特性最好,400 ℃退火温度下器件肖特基接触I-V特性最好,理想因子为1.447,肖特基势垒高度为1.029 eV。     

600 V-30 A 4H-SiC肖特基二极管作为IGBT续流二极管的研究

采用碳化硅外延和器件工艺制造了碳化硅肖特基(SBD)二极管,耐压超过600 V。正向压降为1.6 V时,器件电流达到30A。作为IGBT续流二极管,600 V碳化硅肖特基二极管和国际整流器公司的600 V超快恢复二极管(Ultra fast diode)进行了对比:125℃IGBT模块动态开关测试中,碳化硅二极管的反向恢复能耗比硅二极管节省90%,相应的IGBT开通能耗节省30%。另外反向恢复中过电压从40%降为10%,这是由于碳化硅的软度高,提高了模块的可靠性。     

Pt/6H-SiC肖特基势垒二极管特性分析

采用直流磁控溅射法、Pt作肖特基接触的工艺，制作了N型6H—SiC肖特基势垒二极管，对肖特基势垒二极管的电学特性及温度特性进行了研究。实验结果表明，该器件具有很好的整流特性，反向电流小、击穿电压高，且在高温下器件波动很小，能够稳定地工作，适合于在高温(600℃)等恶劣环境下长期可靠地工作。     

GaN基SBD功率器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基肖特基势垒二极管(SBD)功率器件具有耐高温、耐高压和导通电阻小等优良特性,在功率器件方面具有显著的优势。概述了基于功率应用的GaN SBD功率器件的研究进展。根据器件结构,介绍了基于材料特性的GaN SBD和基于AlGaN/GaN异质结界面特性的GaN异质结SBD。根据器件结构对开启电压的影响,对不同阳极结构器件进行了详细的介绍。阐述了不同的肖特基金属的电学特性和热稳定性。分析了表面处理,包括表面清洗、表面等离子体处理和表面钝化对器件漏电流的影响。介绍了终端保护技术,尤其是场板技术对击穿电压的影响。最后探讨了GaN基SBD功率器件未来的发展趋势。     

3C-SiC功率肖特基二极管特性的计算机分析

由描述功率肖特基二极管电学特性的基本方程出发，结合对典型整流电路效率、器件正向压降、反向耐压及温度特性等参数的数值分析，给出3C－SiC功率肖特基二极管折衷优化设计的理论依据。     

Au/4H-SiC肖特基UV光电二极管的温度特性

采用微电子平面工艺,高真空电子束蒸发金属Au做肖特基接触,多层金属Ni、Ti、Ag合金在背底上做欧姆接触,制作出Au/n-4H-SiC肖特基势垒紫外光电二极管(UV-SBD).测试并分析了在不同温度下该器件的I-V特性及光谱响应特性.实验表明:器件高温下有较低的反向漏电流,正向开启电压下降速度为-1.2 mV/℃;波长响应范围为200～400 nm,在23℃和260℃时,光谱响应峰值分别出现在320 nm和330 nm,每100℃波长红移约4 nm;响应灵敏度随温度升高而降低,平均每100℃降低2倍.     

一种新型n-区多层渐变掺杂SiGe/Si功率开关二极管

n^-区掺杂浓度采用多层渐变式结构的p^ (SiC．e)-n^--n^ 异质结功率二极管。对该新结构的反向恢复特性及正反向I-V特性进行了模拟,从器件运行机理上对模拟结果做出了详细的分析。与n^-区固定掺杂的普通p^ (SiGe)-n^--n^ 二极管相比。在正向压降基本不发生变化的前提下,渐变掺杂后的器件反向恢复时间可缩短一半,反向峰值电流能降低33％,反向恢复软度因子可提高1．5倍。并且,随着n^-区渐变掺杂的层数增多,反向恢复特性越好。     

超高速半导体器件 肖特基二极管

肖特基势垒二极管SBD(Schottky Barrier Diode，简称肖特基二极管)是上世纪问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降仅0．4V左右，而整流电流却可达到几千安培。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用塑封形武。     

1200V/100A高温大电流4H-SiC JBS器件的研制

基于SiC结势垒肖特基(JBS)二极管工作原理及其电流/电场均衡分布理论,采用高温大电流单芯片设计技术及大尺寸芯片加工技术,研制了1 200 V/100 A高温大电流4H-SiCJBS二极管.该器件采用优化的材料结构、有源区结构和终端结构,有效提高了器件的载流子输运能力.测试结果表明,当正向导通压降为1.60 V时,其正向电流密度达247 A/cm2(以芯片面积计算).在测试温度25和200℃时,当正向电流为100 A时,正向导通压降分别为1.64和2.50 V;当反向电压为1 200 V时,反向漏电流分别小于50和200μA.动态特性测试结果表明,器件的反向恢复特性良好.器件均通过100次温度循环、168 h的高温高湿高反偏(H3TRB)和高温反偏可靠性试验,显示出优良的鲁棒性.器件的成品率达70％以上.     

Static and dynamic characterization of large-areahigh-current-density SiC Schottky diodes

The static and dynamic characteristics of large-area, high-voltage 4H-SiC Schottky barrier diodes are presented. With a breakdown voltage greater than 1200 V and a forward current in excess of 6 A at 2 V forward bias, these devices enable for the first time the evaluation of SiC Schottky diodes in practical switching circuits. These diodes were inserted into standard test circuits and compared to commercially available silicon devices, the results of which are reported here. Substituting SiC Schottky diodes in place of comparably rated silicon PIN diodes reduced the switching losses by a factor of four, and virtually eliminated the reverse recovery transient. These results are even more dramatic at elevated temperatures. While the switching loss in silicon diodes increases dramatically with temperature, the SiC devices remain essentially unchanged. The data presented here clearly demonstrates the distinct advantages offered by SiC Schottky rectifiers, and their emerging potential to replace silicon PIN diodes in power switching applications     

SiC肖特基势垒二极管在PFC电路中的应用

介绍了一种SiC肖特基势垒二极管在PFC电路上的应用。利用新型材料———SiC作成的二极管具有高工作温度、高耐压、正温度系数,反向特性好的特点,降低了自身及其MOSFET的开通损耗,最直接的效果就是效率升高,同时也使EMC的效果得以改善,而且二极管可以并联使用。     

4H-SiC SBD和JBS退火研究

在4H-SiC外延材料上制备了SBD和JBS器件,研究并分析了退火温度对这两种器件正反向特性的影响。结果表明,低于350℃退火可同时提高SBD和JBS的正反向特性。当退火温度高于350℃时,二者的正向特性都出现退化,SBD退化较JBS更为严重。JBS阻断电压随退火温度升高而增大,在退火温度高于450℃时增加趋势变缓。SBD阻断电压随退火温度升高先升后降,在500℃退火时达到一个最大值。可见一定程度的退火有助于提高4H-SiCSBD和JBS器件的正反向特性,但须考虑其对正反向特性的不同影响。综合而言,退火优化后JBS优于SBD器件性能。     

JTE结构4H-SiC肖特基二极管的研究

借助半导体仿真软件Silvaco,仿真一种具有结终端扩展（JTE）结构的碳化硅（SiC）肖特基二极管（SBD）。其机理是通过JTE结构降低肖特基结边缘的电场集中效应,从而优化肖特基二极管的反向耐压能力。研究JTE区深度、宽度及掺杂浓度对碳化硅肖特基二极管的反向耐压的影响。通过优化结终端结构的结构参数使碳化硅肖特基二极管的反向耐压特性达到更好的性能要求。     

碳化硅MPS:新一代功率开关二极管

碳化硅MPS(Merged PiN Schottky diode)具有很好的开关特性，并具有PiN二极管高阻断电压、低漏电流和SBD小开启电压，大导通电流以及高开关速度的优点，是最有希望的新一代功率开关二极管。文章系统地介绍了碳化硅MPS的结构和性能。理论和实验分析表明，碳化硅材料的优异性能与MPS结构的优势相结合，是当今功率开关管发展的趋势。     

SiC power diodes provide breakthrough performance for a wide rangeof applications

The electrical performance of silicon carbide (SiC) power diodes is evaluated and compared to that of commercially available silicon (Si) diodes in the voltage range from 600 V through 5000 V. The comparisons include the on-state characteristics, the reverse recovery characteristics, and power converter efficiency and electromagnetic interference (EMI). It is shown that a newly developed 1500-V SiC merged PiN Schottky (MPS) diode has significant performance advantages over Si diodes optimized for various voltages in the range of 600 V through 1500 V. It is also shown that a newly developed 5000 V SiC PiN diode has significant performance advantages over Si diodes optimized for various voltages in the range of 2000 V through 5000 V. In a test case power converter, replacing the best 600 V Si diodes available with the 1500 V SiC MPS diode results in an increase of power supply efficiency from 82% to 88% for switching at 186 kHz, and a reduction in EMI emissions     

4H-SiC双层浮结肖特基势垒二极管温度特性研究

为了增强器件高温条件下的适应性,对4H-SiC双层浮结肖特基势垒功率二极管的温度特性进行了研究.结果表明,当温度变化时,器件的阻断电压、通态电阻、反向漏电流及开关时间等电学性质均要发生一定的变化.作为一种基于浮结技术的sic新器件,通过数值模拟方法对其特征参数进行优化,可使其承载电流能力、阻断特性和开关速度等得到进一步...