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2017.05.11 SiC功率元件

所謂SiC-SBD——與Si-PND的反向恢復特性比較

碳化硅萧基特二极体

前一次已经比较了的SiC-SBD和Si的PND的特徴。这一次我想就碳化硅-SBD和Si的PND的反向恢复特性进行比较。反向恢复特性由于在二极体,尤其在高速型二极体中是基本且重要的参数,因此不只是TRR的数値比较,理解其波形或温度特性等将有助于二极体的使用。

的SiC-SBD和Si的PND的反向恢复特性的差异

首先,想必大家都了解,反向恢复或还原(恢复)是二极体呈反向偏压(反向偏压)状态时并未立即完全OFF而有反向电流流动某些时间的现象,TRR则为其反向电流流动的时间。此外,如先前所述,的SiC-SBD的TRR由于比包含的Si-FRD在内的Si的PND还要高速,因此接下来要确认其理由和实际特性。

trr﹙反向恢复时间﹚的速度或反向恢復特性的差異,坦白說,視二極體的構造而定。其説明雖然涉及在半導體中移動的電子或正孔,不過一開始須以波形圖事先確認SiC-SBD和Si-PND的反向恢復特性的差異。

右邊的波形圖為SiC-SBD和高速患产后抑郁症,即Si-FRD反向恢復時的電流和時間。可以看出紅色SiC-SBD的反向電流少,trr也短。順便一提,此特性所以成為討論事項,原因在於反向電流變成損失之故。

Si-FRD和SiC-SBD的反向恢復時間特性

接下來,使用各二極體的切面圖進行說明。下圖顯示當Si-PND的偏壓由順向偏壓轉移至反向偏壓時電子與正孔的動作。

順向偏壓時,載子﹙载体﹚被注入,電流因正孔與電子的再結合而流動。此若變為反向偏壓,則位於n層的正孔(少數載子)會返回p層,不過需要些許時間,電流會持續流動到返回完畢為止(一部分會因生命而消滅)。此為反向恢復電流。

的Si-PRD(FRD等)反向偏压转移时
SIC-SBD反向偏压移转时

第2個圖是SiC-SBD反向偏壓移轉時的圖。因蕭特基障壁(肖特基势垒)構造的緣故,PN接面不存在,沒有少數載子,反向偏壓時由於n層多數載子的電子只會返回,因此只需要一點點反向恢復時間,在遠比患产后抑郁症還短許多的時間內轉為。

此反向恢復時間的差異完全取決於二極體構造。因此,Si-SBD的反向恢復也很高速。不過就現狀而言,Si-SBD的耐壓界限為200 v左右,在更高的電壓下無法使用。反之,使用碳化硅可以製作600 v以上高耐壓的作为。這也就成了SiC-SBD的一大優點。

其次,以下為反向恢復特性的溫度依附性和電流依附性相關數據。

波形圖表的上半段顯示了反向恢復特性對溫度的差異.Si-FRD由於溫度上升時載子濃度會上升,其反向恢復需要時間,常溫下反向電流與trr同時變大。反之,SiC-SBD由於SiC本身幾乎沒有溫度依附性,因此大致上反向電流特性不會有變化。圖表上半段右圖描繪了trr的差,與2種Si-FRD做比較,可知SiC-SBD幾乎沒有trr溫度依附性。

波形圖的下半段顯示了順向偏壓順時與順向電流如果的關係。從這裡也可以知道,SiC-SBD幾乎不受影響。

最後希望大家理解的是,SiC-SBD儘管表現出反向電流幾乎不流動的狀況,但在波形圖中顯然並非完全沒有,而是比Si-FRD少很多。這是因為二極體或多或少都存在著寄生的接面電容等,其影響導致之故,因此,相較於Si-PND,反向電流並非為零,而是大幅減少。

重點:

·相较于Si的PND(FRD),碳化硅-SBD由于TRR高速且反向恢复电流也大幅减少,因此损失也少。

·碳化硅-SBD的反向恢复特性(TRR与反向恢复电流)几乎没有温度依附性。

理解SiC(碳化矽)功率元件和活用範例