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改進(jìn)JBS結(jié)構(gòu)以降低泄漏電流和提高浪涌電流能力

發(fā)布時(shí)間:2021-09-01 來源:東芝 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】肖特基二極管(SBD)具有反向恢復(fù)時(shí)間(trr)短、正向電壓(VF)低等優(yōu)點(diǎn),但也存在泄漏電流大等缺點(diǎn)。東芝的SiC SBD使用改進(jìn)的結(jié)構(gòu)克服了這個(gè)缺點(diǎn)。
 
JBS結(jié)構(gòu)降低泄漏電流(IR
 
SBD是由半導(dǎo)體與金屬的接合形成的。由于半導(dǎo)體和金屬之間的勢(shì)壘不同,它起著二極管的作用。由于半導(dǎo)體-金屬界面上的分子結(jié)構(gòu)可能是不連續(xù)的,因此可能會(huì)出現(xiàn)表面不規(guī)則、晶體缺陷或其它異?,F(xiàn)象。當(dāng)強(qiáng)電場作用于含有這些缺陷的半導(dǎo)體-金屬界面時(shí),會(huì)有所謂的泄漏電流(IR)流動(dòng)。
在具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SBD中,耗盡區(qū)延伸到半導(dǎo)體側(cè)(如下所示),導(dǎo)致電荷(或電子)產(chǎn)生的電場在半導(dǎo)體-金屬界面處最強(qiáng)。
 
相反,在JBS二極管中,耗盡區(qū)延伸于部分埋在半導(dǎo)體表面下的p和n-區(qū)之間。當(dāng)反向偏壓增大時(shí),p型耗盡區(qū)相互穿插,最大電場位置直接移動(dòng)到p區(qū)下面。這會(huì)減少可能存在缺陷的表面上的電場,從而減少泄漏電流。
 
改進(jìn)JBS結(jié)構(gòu)以降低泄漏電流和提高浪涌電流能力
傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SBD
 
改進(jìn)JBS結(jié)構(gòu)以降低泄漏電流和提高浪涌電流能力
JBS SBD
 
集成PiN肖特基(MPS)結(jié)構(gòu)提高浪涌電流能力
 
當(dāng)傳統(tǒng)的SBD正向偏置時(shí),電流流過以下路徑:金屬 → 肖特基勢(shì)壘 → Si (n-) → Si(n+)。由于摻雜濃度較低,Si(n-)層電阻較大。因此,此SBD的IF-VF曲線如下所示。
 
SiC SBD的應(yīng)用包括PFC電路,PFC電路必須保證在大電流下工作,因?yàn)樗鼈冊(cè)陔娫唇油ê拓?fù)載變化時(shí)都會(huì)瞬間暴露在大電流條件下。在這種情況下,具有如下所示的IF-VF曲線的SBD可能發(fā)生過熱現(xiàn)象。
 
改進(jìn)JBS結(jié)構(gòu)以降低泄漏電流和提高浪涌電流能力
通過傳統(tǒng)SBD的電流
 
改進(jìn)JBS結(jié)構(gòu)以降低泄漏電流和提高浪涌電流能力
傳統(tǒng)SBD的IF-VF曲線
 
為了解決這個(gè)問題,東芝開發(fā)了一種新的SBD,它采用改進(jìn)的JBS結(jié)構(gòu),其中包含了集成PiN-肖特基(MPS)結(jié)構(gòu)的概念。MPS結(jié)構(gòu)是其p+區(qū)埋在SBD的n-區(qū)中,如下所示。在東芝的設(shè)計(jì)中,JBS結(jié)構(gòu)的部分p層(圖中陰影部分)被放大,這部分的雜質(zhì)濃度增加。p+區(qū)和n-區(qū)形成一個(gè)pn結(jié)二極管,在需要大電流(浪涌電流)時(shí)打開。這增加了SBD的載流能力,因此即使在大電流下也能降低正向電壓的升高,并增加最大允許浪涌電流值。
 
MPS結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在陽極電極下方的p+–n-–n+結(jié)構(gòu)。
 
在低電流下,n-區(qū)通常具有高電阻。然而,當(dāng)SBD正向偏壓時(shí),空穴和電子分別從p區(qū)和n區(qū)流入n-區(qū),同時(shí)保持電中性。在這個(gè)時(shí)候,空穴和電子都存在于高濃度的n-區(qū)內(nèi)。因此,n-區(qū)將作為高摻雜濃度區(qū)域,特別是在高電流下,表現(xiàn)出非常低的電阻(傳導(dǎo)性調(diào)制)。因此,該SBD具有如下所示的IF-VF曲線,在高電流區(qū)域具有低VF
 
改進(jìn)JBS結(jié)構(gòu)以降低泄漏電流和提高浪涌電流能力
 
文章轉(zhuǎn)載自:東芝
 
 
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