4H-SiC PiN二极管特性

  具有10kV阻断电压的稳压PN二极管有效面积为9mm²,电压阻挡外延层为150µm,掺杂浓度为(1~3)×10¹⁴cm^-3。从这个4H-SiC PIN二极管上测得的数据显示,整个晶圆上有非常均匀的开态压降。图1显示了当电流密度为2kA/cm²时,微分导通电阻为3mΩ·cm²。图2显示了3.0mm×3.0mm二极管的反向特性。

 
  当阻断电压为10kV时,测出的漏电流密度小于10^-4A/cm²。器件在电压下降后仍然可重复使用。图3显示了设计为10kV的整流二极管,高温测试(高达200℃)有8kV封装能力,当温度超过150℃时,增加到20µA的漏电流使阻断电压下降为5.3kV。这个漏电流的选择是随机的,而且是被测试仪器所能测得的最高漏电流。  
  图4显示了阻断电压10kV,面积为9.0mm²的SiC PIN二极管,测试的开态特性对温度的依赖关系。导通电压随温度的下降表明,电导调制器件的载流子寿命随温度上升,而pn结禁带宽度随温度减小。然而当温度高达200℃时,载流子迁移率的减少开始导致本征层微分导通电阻的增加。在25~200℃的温度范围,开态压降的变化保持在0.4V范围之内。  
  对于8kV稳压4H-SIC PIN二极管,进行了详细的开关测试。图5显示了3.0mm×3.0mm 10kV二极管的开关特性对温度的依赖程度。这些测试都是在相对高的反向di/dt(142A/µs)下进行的,而且二极管从导通电流为20A的状态转换到阻挡电压为600V的状态。从图5可以看出,当温度从25℃升至200℃时,反向电流的峰值增加了110%。当温度在这个范围内增加时,总的反向恢复电荷(即二极管经历反向恢复时I-t曲线下面的面积)增加了约100%。而且随工作温度从25℃升高到200℃,二极管的开关特性基本保持稳定。开关电流为220A/cm²(20A)时,关断时间从0.2µs上升到0.7µs。随着温度从室温上升到200℃,总的反向恢复电荷增幅从1.17µC到3.8µC。与Si PiN二极管相比,这些二极管没有显现出快速恢复和小的噪声信号。


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