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碳化硅肖特基二極管的優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用

2021-06-18

肖特基二極管,又稱熱載流子二極管,通過金屬和半導(dǎo)體接觸(肖特基接觸)形成肖特基勢(shì)壘,實(shí)現(xiàn)整流。與普通PN結(jié)二極管相比,肖特基二極管的反向恢復(fù)慣性非常低。因此,肖特基二極管適用于高頻整流或高速開關(guān)。


碳化硅(SiC)是一種高性能的半導(dǎo)體材料,基于SiC的肖特基二極管(SiC Schottky Diode)具有更高能效、更高功率密度、更小尺寸和更高的可靠性,可以在電力電子技術(shù)領(lǐng)域打破硅的極限,成為新能源及電力電子的首選器件。

碳化硅肖特基二極管的特點(diǎn)




碳化硅的能帶間隔為硅的2.8倍(寬禁帶),達(dá)到3.09電子伏特。其絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)為硅的5.3倍,高達(dá)3.2MV/cm,其導(dǎo)熱率是硅的3.3倍,為49w/cm·k。它與硅半導(dǎo)體材料一樣,可以制成結(jié)型器件、場(chǎng)效應(yīng)器件、和金屬與半導(dǎo)體接觸的肖特基二極管。它的特點(diǎn)是:


(1)碳化硅單載流子器件漂移區(qū)薄,開態(tài)電阻小。比硅器件小100-300倍。由于有小的導(dǎo)通電阻,碳化硅功率器件的正向損耗??;

(2)碳化硅功率器件由于具有高的擊穿電場(chǎng)而具有高的擊穿電壓。例如,商用的硅肖特基的電壓小于300V,而第一個(gè)商用的碳化硅肖特基二極管的擊穿電壓已達(dá)到600V;

(3)碳化硅有較高的熱導(dǎo)率;

(4)碳化硅器件可在較高溫度下工作,而硅器件的最大工作溫度僅為150oC;

(5)碳化硅具有很高的抗輻照能力;

(6)碳化硅功率器件的正反向特性隨溫度和時(shí)間的變化很小,可靠性好;

(7)碳化硅器件具有很好的反向恢復(fù)特性,反向恢復(fù)電流小,開關(guān)損耗??;

(8)碳化硅器件可減少功率器件體積和降低電路損耗。


應(yīng)用


碳化硅肖特基二極管可廣泛應(yīng)用于開關(guān)電源、功率因素校正(PFC)電路、不間斷電源(UPS)、光伏逆變器等中高功率領(lǐng)域,可顯著的減少電路的損耗,提高電路的工作頻率。


在PFC電路中用碳化硅SBD取代原來的硅FRD,可使電路工作在300kHz以上,效率基本保持不變,而相比下使用硅FRD的電路在100kHz以上的效率急劇下降。隨著工作頻率的提高,電感等無源原件的體積相應(yīng)下降,整個(gè)電路板的體積下降30%以上。

 

01 射頻混頻器和探測(cè)二極管應(yīng)用

 

肖特基二極管具有很高的開關(guān)速度和高頻性能,這使得它們能夠很好地用于射頻應(yīng)用。此外,肖特基二極管具有各種金屬-半導(dǎo)體結(jié)配置,使得這些半導(dǎo)體器件在功率檢測(cè)器或混頻器電路中有用。

 

02 功率整流器應(yīng)用

 

肖特基二極管是用于功率整流器應(yīng)用的最佳半導(dǎo)體器件,因?yàn)檫@些器件具有高電流密度和低正向電壓降,與普通PN結(jié)器件的特性不同。這些優(yōu)點(diǎn)有助于降低熱量水平,減少設(shè)計(jì)中包含的散熱器,并提高電子系統(tǒng)的整體效率。

 

03 電源或電路應(yīng)用

 

肖特基二極管可用于由兩個(gè)并聯(lián)電源產(chǎn)生電流的應(yīng)用中。肖特基二極管的特性使其很好地適用于電力或電路應(yīng)用,因?yàn)樗鼈兊牡驼螂妷航?。這些二極管的存在還可以防止反向電流從一個(gè)電源流入另一個(gè)電源。

 

04 太陽能電池應(yīng)用

 

太陽能電池通常與可充電電池相連以儲(chǔ)存能量,因?yàn)樘柌皇且惶?4小時(shí)的能源。SiC肖特基二極管防止電池在夜間通過太陽能電池放電,防止高性能太陽能電池通過低性能太陽能電池放電。

 

05 箝位二極管應(yīng)用

 

肖特基二極管用作快速鉗位二極管應(yīng)用中的開關(guān)。在這個(gè)應(yīng)用中,基極結(jié)是正向偏置的。使用肖特基二極管,關(guān)斷時(shí)間顯著縮短,電路速度提高。


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