SiC肖特基势垒二极管

1、SiC肖特基势垒二极管谢雪健2016.12.20主要内容肖特基势垒二极管介绍SiC肖特基势垒二极管制作工艺SiC肖特基势垒二极管的应用肖特基势垒二极管肖特基二极管 ，SchottkyBarrierDiode (SBD)，是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，是由金属-半导体接触形成肖特基势垒构成的微波二极管，是一种热载流子二极管。结构：贵金属作为阳极，和以p型或者n型半导体材料作为阴极所接触形成，两者之间形成势垒。应用：低压大电流输出场合用作高频整流，在高频率下用作混频和整流。SBD工作原理贵金属A为正极，以N型半导体B为负极。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的

2、自由电子，所以电子从B中向A中扩散。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为BA。在该电场作用之下，A中的电子也会产生从AB的漂移运动，会消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。SBD工作原理当在肖特基势垒两端加上正向偏压（阳极金属接电源正极，N型基片接电源负极）时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小；反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大。阳极阴极SBD特性参数 SiC 肖特基二极管可以在高达 3kV

3、的功率电子中应用功率。 SBD主要特性参数：1.正向导通电压；2.击穿电压；3.反向漏电流；4.功率损耗；5.开关时间。 对于不同应用，各个参数的要求不同。SBD正向导通特性 正向偏压下的五种基本输运过程：1.从半导体出发越过势垒进入金属的电子发射过程；2.电子穿过势垒的量子隧穿过程；3.空间电荷区内的复合过程；4.耗尽区电子的扩散过程；5.空穴从金属注入并扩散到半导体.在正偏压时，在性能良好的 SiC SBD 中，电子发射占主导地位。反向阻断特性当 SBD 处于反向偏压时，从金属到半导体的电子发射占主导地位，理想情况下的反向电流是一个恒定值，但是实际情况中的器件其漏泄电流较大。这些电流会导致

4、功率损耗增大，增大电路的开关时间，或者引起器件的温升，从而导致一些可靠性方面的问题。SBD优缺点优点：1.因为肖特基势垒高度小于 PN 结势垒高度，SBD的开启电压和导通压降均比 PiN 二极管小，可以降低电路中的功率损耗较低水平；2.SBD 的结电容较低，它的工作频率高达 100GHz；3.SBD 是不存在少数载流子的注入因此它的开关速度更快。 缺点：1.漏电流较大；2.耐压值低。SiC材料优势GaN的物性数据好(特别适合光学用途)，作为功率器件用途时，器件的制作技术难点多，综合比较不如SiC。金刚石是终极半导体，但制作技术过程中有很多问题，现在暂时不考虑实用化。SiC材料与其他材料相比优点

5、材料与其他材料相比优点SiC衬底及外延制备晶体生长外径磨削切片平边研磨、抛光、清洗1. 衬底制备2. 外延a.SiH4+C3H8反应室前方充分混合，输运至沉淀区；b.源气体吸附在高温衬底上；c.反应源气体分子与衬底材料分子发生化学反应，形成晶粒和气态副产物；d.成晶粒离子在4H-SiC衬底表面扩散和迁移，成岛状或团簇状排入晶格中；e.气态副产物在衬底表面解吸附，脱离沉淀区，排除反应室。SiC肖特基二极管结构由于电子比空穴迁移率大，为获得良好的频率特性，故选用N型半导体材料作为基片。高阻N-薄层的作用：为了减小SBD的结电容，提高反向击穿电压，同时又不使串联电阻过大。正面采用金属Ti 制作肖特基

6、接触；背面采用金属Ni，并高温退火制作欧姆接触。导通电流10 A 时，正向电压为1.6 V;反向电压600 V 时，漏电流小于10 A。SiC肖特基二极管应用 便携式电动车充电机PFC电路：由于占用新能源汽车空间和重量载荷的缘故，对小型轻量化的要求更迫切，所以普遍地采用SiC-SBD。 服务器电源功率因数校正（PFC）：主要是因为大量服务器集中放置，耗电较高，同时硅快速恢复二极管（FRD）发热较高。改用SiC-SBD后，提高效率，除了减少耗电，更重要的是降低器件温度，减少散热成本，提高了至关重要的系统可靠性。 光伏微型逆变器升压电路：主要是因为家庭光伏所用的微型逆变器体积较小，需要提高工作频率来减小被动原件的体积。在高频下，硅F R D的效率下降。一些国家和地区（比如欧盟、加州、澳大利亚等）对光伏微逆入网有效率限制，大致为95%