碳化硅肖特基二极管的大功率应用优势及发展趋
作者：海飞乐技术 时间：2018-05-23 17:30
这种特性实现了功率电子器件的突破，解决了高频电子应用中，二极管速度限制整个电路性能的主要瓶颈。商业化的SIC SBD已应用于高频开关电源、功率因数校正和电机驱动等领域。当与现有最好的功率MOSFET结合使用时，开关频率可以高达400kHz，并有望实现高于1MHz的频率，这已经远远大于600V器件的100kHz的开关频率了。 除了在功率电子系统中的应用外，SIC SBD还用在其他领域，如制作气敏传感器、微波和超紫外光探测器。由于SIC的宽禁带和在高辐射和高温环境(高于500℃)优越的稳定性，使其在这些领域应用中具有独特优势。
近年来，SIC SBD研制出控制能力大于10kV或电流大于100A的器件。商用的SIC SBD在高端功率应用中也表现出比现有Si快速恢复二极管异常优越的特性。现有的商用器件仅限于额定值为1.2kV、20A的器件。
所以，研究具有高电压和电流控制能力的SIC SBD将是实验室和商业公司追求的目标。在相对高的功率电子应用中，当商用器件控制能力达到3～5kV以上时，才能明显发挥系统的优势。
为了实现击穿电压为3～5kV的SIC SBD商业生产，首先面临的一个挑战就是如何实现重复性高的可靠性终端技术，使其能提供高电场、简单的制造工艺和低的漏电流。不同终端技术在获得高阻断电压中的应用，这些方法大部分包括离子注入过程，这将增加漏电流，降低可靠性。对于终端技术，由离子注入引起的晶格损伤或注入方法需要解决，这样才能达到所需的要求。另外，要实现具有低漏电流和长期高可靠性的高耐压器件，采用合适的钝化工艺非常关键。
SIC SBD发展的另一个关键挑战是SIC衬底和外延层的质量，这也是持续发展SIC器件的基础。虽然近几年SIC衬底和外延层质量已经得到明显提高，但仍然需要具有更低缺陷密度和更高质量的大尺寸SIC晶圆。有报道称，通过重复单面生长工艺(RAF)可以制备超高质量的SIC衬底，具有零微管密度、腐蚀坑密度比现有最好材料低2～3个数量级的2英寸SIC衬底晶圆正在研制中，这是单晶SIC材料的一个重要发展。进一步可以预计，制备具有市场竞争力的更大尺寸(3英寸、4英寸或更大)晶圆，将促使SIC器件在未来有更好的发展和应用。
高端功率电子应用中，如服务器和通信电源，虽然SIC SBD已经可以与现有Si器件竞争，但相当高的产品价格已经成为制约其在消费市场(如PC电源)广泛使用的主要障碍。SIC器件成本高的主要原因是由于基本材料成本比Si高很多。随着晶圆尺寸的不断增加，单个器件的平均成本也将降低。现在商业的3英寸衬底已经可以制备，这将比广泛应用的2英寸衬底成本有很大优势。这是因为，与2英寸晶圆相比，它可以增加器件产量，而且工艺设备的选择性也更大。许多先进的自动化4英寸Si器件生产设备可以改建以满足高重复性、低制造缺陷密度和高可靠性的3英寸SIC晶圆要求。对于大SIC晶圆，也可以大量生产高传导电流能力的器件。不久的将来，具有数百安培电流控制能力的SIC SBD将会实现。
SIC SBD特有的市场是高温电子市场，因为它可以在高压和高温条件下可靠工作。SIC SBD可以工作于200℃的环境，但在更高温度(>200℃)中应用受到现有封装工艺的限制。现有商业化SIC SBD的额定温度为175℃。实现一种可行、并能在高于200℃环境下工作的低成本封装技术已经成为SIC SBD在高温、大功率应用中的主要挑战。
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