SiC肖特基势垒二极管
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 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 极少量的自由电子，所以电子从B中向A中扩散。
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 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。
谢 谢 观 赏！
2. 外延
Байду номын сангаас
晶体生长
外径磨削
研磨、抛光、清洗 切片
平边
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
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。
• 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B→A。
• 在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B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。
• 缺点： 1. 漏电流较大； 2. 耐压值低。
SiC材料优势
SiC材料与其他材料相比优点
• 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衬底及外延制备
1. 衬底制备
反向电压600 V 时，漏电流小于10 μA。
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。
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。
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 制作肖特基接触；
导通电流10 A 时，正向电压为1.6 V;
• 背面采用金属Ni，并高温退火制作 欧姆接触。
• 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%左右，这就使得SiC-SBD成为必须的选择。光伏微逆所 用的SiC-SBD功率等级较低，应用工况（电路环境）比较理想，对产品的电环 境可靠性要求较低，产品质量和成本都比较容易满足要求。
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。
• 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 极少量的自由电子，所以电子从B中向A中扩散。
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 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。
谢 谢 观 赏！
2. 外延
Байду номын сангаас
晶体生长
外径磨削
研磨、抛光、清洗 切片
平边
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
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。
• 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B→A。
• 在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B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。
• 缺点： 1. 漏电流较大； 2. 耐压值低。
SiC材料优势
SiC材料与其他材料相比优点
• 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衬底及外延制备
1. 衬底制备
反向电压600 V 时，漏电流小于10 μA。
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。
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。
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 制作肖特基接触；
导通电流10 A 时，正向电压为1.6 V;
• 背面采用金属Ni，并高温退火制作 欧姆接触。
• 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%左右，这就使得SiC-SBD成为必须的选择。光伏微逆所 用的SiC-SBD功率等级较低，应用工况（电路环境）比较理想，对产品的电环 境可靠性要求较低，产品质量和成本都比较容易满足要求。
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。