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.     

耐250℃高温的1200V-5A4H-SiC JBS二极管

采用碳化硅外延和器件工艺制造了碳化硅结势垒肖特基(JBS)二极管,耐压达到1 200 V,封装的器件电流室温达到5 A(正向压降2.1 V).通过在不同工作温度下对比测试显示了直流特性随工作温度的变化情况,并验证至少在250℃下依旧能正常工作.研制的1 200 V碳化硅JBS二极管和IXYS公司的600 V硅快恢复二极管(Fast recovery diode)进行了对比:室温动态开关测试中,碳化硅二极管的反向恢复能耗比硅二极管节省92%.这是国内首次报道的250℃高温下正常工作的碳化硅JBS二极管.     

科锐推出封装型1,700V碳化硅肖特基二极管

科锐公司日前宣布推出全新系列封装型二极管,在现有碳化硅肖特基二极管技术条件下,该系列二极管可提供业界最高的阻断电压。科锐1,700V Z-Rec肖特基二极管从根本上消除了硅PiN二极管替代品中存在的反向恢复损耗,     

科锐1200 V碳化硅肖特基二极管开关损耗锐减50%

科锐公司(CREE)日前宣布推出一新型产品系列。该系列产品由七款1200V Z-Rec碳化硅(SiC)肖特基二极管组成,不仅优化了价格和性能,还可提供多种额定电流和封装选择。通过推出种类齐全的碳化硅二极管产品系列,科锐不断将碳化硅功率器件向主流功率应用中推广。     

ST碳化硅肖特基二极管直接提高马达控制器能效

马达控制器和电源开关使用的普通硅二极管因为无法立即关断而导致电源能效损失1%,意法半导体(ST)最近率先推出可在开关操作中降低能耗的碳化硅(SiC)二极管。STPSC806D和STPSC1006D碳化硅肖特基二极管可用于马达控制器,全     

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。     

一种新型SiC SBD的高温反向恢复特性

与传统硅基功率二极管相比,碳化硅肖特基势垒二极管(SiC SBD)可提高开关频率并大幅减小开关损耗,同时有更高的耐压范围.设计并制作了具有场限环结终端和Ti肖特基接触的1.2 kV/30 A SiC SBD器件,研究了该SiC SBD在100~300℃时的反向恢复特性.实验结果表明,温度每上升100℃,SiC SBD反向电压峰值增幅为5%左右,而反向恢复电流与反向恢复时间受温度影响不大;温度每升高50℃,反向恢复损耗功率峰值降低5%.实验结果表明该SiCSBD在高温下能够稳定工作,且具有良好的反向恢复特性,适用于卫星、航空和航天探测、石油以及地热钻井探测等需要大功率、耐高温和高速器件的领域.     

碳化硅二极管提高太阳能逆变器的效率

碳化硅(SiC)二极管已经打入迅速扩展的太阳能逆变器市场中,在欧洲尤为如此。科锐公司(Cree)的1200V SiC碳化硅肖特基二极管正在替代其直流母线升压电路中的硅(Si)PiN同类产品,并且很快就会出现在商用系统的逆变器部分。     

适合SMPS应用的thinQ碳化硅肖特基二极管

极管的反向恢复电荷相比,位移电流传递的电荷QC很小。QC和碳化硅肖特基二极管的开关损耗非常低,而且与超快硅二极管损耗大大依赖dI/dt、电流和温度相比,碳化硅二极管基本上与这些因素无关(见图2和3)。与这些参数的关系与硅二极管相比不在一个尺度上。这是由于这种器件的反向电容性特性。应用下面将讨论两个应用实例,主要关注由SiC二极管替代传统二极管所带来的效率和系统优越性。开关电源中的功率因数校正(升压变换器)由于各地制定相应的功率因数标准,世界上对功率因数校正器的需求快速增长。升压变换器通常用来实现功率因数校正,可以工…     

科锐新型1,200V Z-Rec碳化硅肖特基二极管系列以更低的成本为功率转换应用带来更高的性能

碳化硅（SiC）功率器件市场领先者科锐公司日前宣布推出一新型产品系列。该系列产品由七款1,200V Z-Rec碳化硅肖特基二极管组成,不仅优化了价格和性能,还可提供多种额定电流和封装选择。通过推出种类齐全的碳化硅二极管产品系列,科锐不断将碳化硅功率器件向主流功率应用中推广。     

一种提高ESD性能的高压SBD器件结构研究

提出了一种新型SBD器件结构,并应用于高压SBD产品的研制。该结构通过在肖特基势垒区的硅表面增加一层表面缓冲掺杂层(Improved Surface Buffer Dope),将高压SBD的击穿点从常规结构的PN结保护环区域转移到平坦的肖特基势垒区,从根本上提高了器件的反向静电放电(ESD)和浪涌冲击能力。经流片验证,采用该结构的10A150VSBD产品和10A200VSBD产品均通过了反向静电放电(HBM模式)8kV的考核,达到目前业界领先水平。该结构工艺实现简单,可以应用于100V以上SBD的批量生产。     

4°偏轴SiC衬底外延工艺研究

4°偏轴SiC衬底上生长的外延薄膜容易出现台阶形貌,外延薄膜表面的台阶形貌对后续制作的器件性能有着一定的影响。主要研究了进气端C/Si比及生长前刻蚀工艺对4°偏轴衬底外延的影响。采用外延生长前的氢气刻蚀工艺,结合掺杂浓度缓变的缓冲层设计,在4°偏轴的SiC衬底上制得了表面无台阶形貌的SiC SBD结构外延材料。利用优化工艺生长的4°偏轴衬底上的SBD结构外延材料目前已经全面应用于600～1 700V SBD器件的研制。     

3 A/40 V新型肖特基势垒二极管的设计与研制

为提高传统肖特基二极管的击穿电压,减小了器件的漏电流,提高芯片利用率,文中设计研制了适合于裸片封装的新型肖特基势垒二极管(SBD)。利用Silvaco Tcad软件模拟,在器件之间采用PN结隔离,器件周围设计了离子注入形成的保护环,实现了在浓度和厚度分别为7.5×1012 cm-3和5 μm的外延层上,制作出了反向击穿电压45 V和正向导通压降0.45 V的3 A/45 V肖特基二极管,实验和仿真结果基本吻合。此外,还开发了改进SBD结构、提高其电特性的工艺流程。     

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     

应用于车载变流器的RC-IGBT工作特性

逆导型IGBT (RC-IGBT)是将IGBT功能与续流二极管功能集成在一个芯片上,实现了在相同封装体积下,可获得更大的功率密度,由于IGBT与二极管紧密的移相热耦合,在相同散热条件下,RC-IGBT允许的工作结温更高.同时,RC-IGBT的本征二极管还受到栅极电压控制,通过栅极电压控制策略,可以降低器件损耗,优化系统特性.介绍了RC-IGBT的基本工作原理和二极管退饱和控制特性,研究了RC-IGBT应用于变流器系统的损耗优化控制策略,分析了应用RC-IGBT的单相脉宽调制(PWM)整流器的工作特性与损耗特性.通过一个具体的应用工况运行仿真,分析对比了RC-IGBT和普通IGBT在PWM整流器应用中的损耗特性.结果显示,应用RC-IGBT后总体损耗有所降低,验证了RC-IGBT退饱和脉冲控制的有效性.     

Reverse‐Conducting IGBT Using MEMS Technology on the Wafer Back Side

In this paper, we present a 600‐V reverse conducting insulated gate bipolar transistor (RC‐IGBT) for soft and hard switching applications, such as general purpose inverters. The newly developed RC‐IGBT uses the deep reactive‐ion etching trench technology without the thin wafer process technology. Therefore, a freewheeling diode (FWD) is monolithically integrated in an IGBT chip. The proposed RC‐IGBT operates as an IGBT in forward conducting mode and as an FWD in reverse conducting mode. Also, to avoid the destructive failure of the gate oxide under the surge current and abnormal conditions, a protective Zener diode is successfully integrated in the gate electrode without compromising the operation performance of the IGBT.     

Si基JBS整流二极管的设计与制备

基于JBS整流二极管理论,详细介绍了一种Si基JBS整流二极管设计方法、制备工艺及测试结果。在传统肖特基二极管(SBD)有源区,利用光刻和固态源扩散工艺形成掺硼的蜂窝状结构,与n型衬底形成pn结,反向偏置时抑制了因电压增加引起的金属-半导体势垒高度降低,减小了漏电流;采用离子注入形成两道场限环的终端结构,有效防止了边缘击穿,提高了反向击穿电压。对制备的器件使用Tektronix 370B可编程特性曲线图示仪进行了I-V特性测试,结果表明本文设计的Si基JBS整流二极管正向压降VF=0.78 V(正向电流IF=5 A时),反向击穿电压可达340 V。     

Investigation of lateral spreading current in the 4H-SiC Schottky barrier diode chip

Lateral current spreading in the 4H-SiC Schottky barrier diode(SBD)chip is investigated.The 4H-SiC SBD chips with the same vertical parameters are simulated and fabricated.The results indicate that there is a fixed spreading resistance at on-state in current spreading region for a specific chip.The linear specific spreading resistance at the on-state is calculated to be 8.6 Ω/cm in the fabricated chips.The proportion of the lateral spreading current in total forward current(Psp)is related to an-ode voltage and the chip area.Psp is increased with the increase in the anode voltage during initial on-state and then tends to a stable value.The stable values of Psp of the two fabricated chips are 32％and 54％.Combined with theoretical analysis,the pro-portion of the terminal region and scribing trench in a whole chip(Ksp)is also calculated and compared with Psp.The Ksp val-ues of the two fabricated chips are calculated to be 31.94％and 57.75％.The values of Ksp and Psp are close with each other in a specific chip.The calculated Ksp can be used to predict that when the chip area of SiC SBD becomes larger than 0.5 cm2,the value of Psp would be lower than 10％.