前言

一种基于宽禁带半导体的碳化硅衬底型肖特基，支持零反向恢复电流，零反向恢复电压，支持高频工作，与温度无关的开关特性，高频快速开关，支持正向电压Vf正温度系数。这种二极管通过金属与N型碳化硅半导体之间形成的接触势垒具有整流特性而制成，属于金属-半导体器件。

一、基本结构与材料

碳化硅-肖特基二极管的基本结构包括重掺杂的N型4H-SiC片、4H-SiC外延层、肖特基触层和欧姆接触层。其中，碳化硅（SiC）作为一种宽禁带半导体材料，具有许多优异的物理和化学特性，如高临界击穿场强、高热导率、高饱和电子漂移速度和低介电常数等，这些特性使得碳化硅-肖特基二极管在高温、高频、大功率等应用场合中具有显著优势。

图1 SiC基本结构

二、主要特性

高电压承受能力：碳化硅材料的高临界击穿场强使得碳化硅-肖特基二极管能够承受更高的反向电压，从而适用于高压电力电子器件。
高温稳定性：碳化硅材料的高热导率和耐高温特性使得碳化硅-肖特基二极管能够在高温环境下稳定工作，且性能不会显著下降。
快速开关速度：碳化硅-肖特基二极管在导通过程中没有额外载流子的注入和储存，因此反向恢复电流小，关断过程快，开关损耗小，适合高频应用。
低导通损耗：碳化硅-肖特基二极管在正向导通时具有较低的导通压降和较小的电阻，从而降低了导通损耗，提高了能源转换效率。
高抗辐射能力：碳化硅材料具有较高的抗辐射能力，使得碳化硅-肖特基二极管在辐射环境下也能正常工作，适用于航空航天等恶劣环境。

三、工作原理

碳化硅肖特基二极管是一种基于碳化硅材料的半导体器件，具有高速、高温、高功率特性。其原理基于肖特基效应，即在金属与半导体接触处形成一个肖特基势垒，使得半导体中的载流子向金属一侧偏移，形成整流效应。

图2 SiC肖特基二极管工作原理

碳化硅肖特基二极管的主要结构包括P型碳化硅（p-type SiC）和金属端子。P型碳化硅作为阳极，金属端子作为阴极，两者之间形成了一个肖特基势垒。当外加正向电压时，势垒被降低，电流得以流通，形成导通状态；当外加反向电压时，势垒被加高，电流无法流通，形成截止状态。由于碳化硅具有较高的击穿电压和较低的漏电流，因此碳化硅肖特基二极管具有较高的开关速度和较低的功耗。

四、主要参数

最高反向工作电压（‌VRSM）

这是二极管能承受的最大反向电压。

正向连续导通电流（IF）

二极管长期连续工作时所允许通过的最大正向电流。IF值与器件结温呈负相关关系，结温越高，IF值越小。

正向瞬时导通电流（IFSM及IFMAX）

IFSM及IFMAX越大，瞬时抗冲击浪涌能力越强。

正向电压（VF）

正向电压越大，二极管的功耗越大，其值越小越好。

‌工作温度（Tj）

Tj的工作温度越宽，说明器件的高温特性越好，可以在高温下工作，不影响器件的性能。

‌反向饱和电流（IR）

也称为漏电流，在反向偏压一定的情况下，反向饱和电流的大小决定了二极管自身的损耗。反向饱和电流越大，二极管的功耗越大，器件本体发热越严重，因此反向饱和电流直接影响二极管的可靠性，其值越小越好。

‌电荷电容（‌QC）

QC越大，二极管的开关损耗越大。

‌热阻Rth(jc)

Rth(jc)值越小，在使用中二极管管芯向外部散热速度越快，器件温度越低，散热效果越好，器件工作稳定性越好。

此外，碳化硅肖特基二极管还具有无反向恢复、开关行为受温度影响小、专为PFC应用设计、高耐正向浪涌电流能力等特点。

五、应用领域

电力电子：在电力电子变换器、电力调节器、电力滤波器等设备中，碳化硅-肖特基二极管能够提供更高的效率和更小的体积。
新能源汽车：在电动汽车和混合动力汽车的电机驱动系统中，碳化硅-肖特基二极管能够提高能源转换效率，降低能耗，提升车辆性能。
航空航天：在航空电子设备和航天器电源系统中，碳化硅-肖特基二极管的高温稳定性和抗辐射能力能够满足极端环境下的工作需求。
工业控制：在工业控制系统中的高频开关电源和逆变器等设备中，碳化硅-肖特基二极管能够提高系统的响应速度和稳定性。
图3 开关电源电路应用

碳化硅肖特基二极管是一种基于碳化硅材料的半导体器件，具有高速、高温、高功率等特性。其主要原理是基于肖特基效应，在金属与半导体接触处形成一个肖特基势垒，形成整流效应。碳化硅肖特基二极管在高频电路、电源管理、光伏逆变器、电动汽车、航空航天等领域有广泛的应用。

第三代半导体-碳化硅SiC肖特基二极管-学习笔记