Schottky-diode af siliciumkarbid

Schottky-dioder af siliciumcarbid (SCSD) er halvlederkomponenter med bredt båndgab, som er meget udbredt i effektelektronik. SCSD'er giver højere ydeevne og mere energieffektivitet sammenlignet med konventionelle siliciumenheder og giver en bedre samlet effektkonverteringseffektivitet end deres modstykker af silicium.

Galaxy Microelectronics’ 650 V og 1200 V SiC Schottky-dioder er perfekte til hard-switching-applikationer, da de giver lavere fremadrettet spændingsfald og hurtigere gendannelse end siliciummodeller.

Høj nedbrydningsspænding

Schottky-dioder af siliciumcarbid (SiC) er halvlederenheder med bredt båndgab, der bruges i effektelektronik. Anvendelserne omfatter bl.a. el- og hybridbiler, solceller, radiofrekvensdetektorer og ensretterkredsløb. Deres vigtigste egenskaber er høj nedbrydningsspænding, lavt fremadrettet spændingsfald og hurtig gendannelsestid; med deres drift ved høje temperaturer tillader de også øgede skiftehastigheder, der hjælper med at minimere effekttab og maksimere effektiviteten.

SiC Schottky-barrieredioder består af metalkontakter af enten platin (Pt) eller titanium (Ti), der er monteret på et n-type SiC-halvledermateriale og forbundet med metalkabler - typisk platin (Pt) eller titanium (Ti). Metalkontakterne skaber en effektiv Schottky-barriere, der begrænser strømmen til kun at flyde én vej gennem den; det gør det muligt for store strømme at flyde igennem uden at skabe tab - ideelt til højeffektive/krafteffektive enheder.

SiC Schottky-dioder, som er halvledere med bredt båndgab, har højere elektriske nedbrydningsfelter end deres modstykker af silicium (Si) og er derfor velegnede til anvendelser, der kræver høj effekt og frekvens, som f.eks. elektriske køretøjsdrev, PV-invertere og strømforsyninger. Desuden kan SiC-dioder prale af både øgede elektriske felter og lavere on-state-modstand sammenlignet med deres Si-baserede modstykker.

Wolfspeeds end-to-end-produktionskapacitet gør det muligt for os at fremstille SiC-dioder, der giver en enestående ydeevne til brug i effektelektronikdesigns, klar til integration. Vores udvalg af strømværdier, spændingsværdier og indpakningsmuligheder giver os mulighed for at producere dioder, der er skræddersyet specifikt til hver enkelt applikation.

Lavt fremadrettet spændingsfald

En af de største fordele ved en schottkydiode af siliciumkarbid er dens evne til at levere lavere fremadrettede spændingsfald end traditionelle siliciumdesigns, hvilket fører til mindre spild af energi i form af varme. Desuden giver denne egenskab mulighed for højere frekvenser og dermed bedre ydeevne og effektivitet.

Siliciumcarbiddioder er mulige, fordi de er “majority carrier”-halvlederenheder, hvilket betyder, at når de er i normal drift, vil kun n-type-elektroner bevæge sig frit over deres overgang og slutte sig til metalkontakten. Ved omvendt forspænding vil p-type-elektroner dog også have adgang til at slutte sig til strømmen og muliggøre et tidligere ophør af strømmen end med traditionelle p-n-juniorensrettere.

Siliciumcarbid-schottkys’ hurtige skiftehastigheder kan reducere effekttabet i et elektronisk kredsløbsdesign betydeligt. Desuden gør deres mindre magnetiske og passive komponenter det muligt for designere at reducere den samlede størrelse samt produktionsomkostningerne for de endelige elektroniske systemer.

Siliciumcarbid schottkys har den ekstra fordel, at de giver ekstremt lave lækstrømniveauer på grund af deres ultra lave modstand og højere gennembrudsspænding. Lækstrømsniveauerne reduceres derfor betydeligt sammenlignet med traditionelle silicium-schottky-dioder, hvilket hjælper elektroniske design med at skrumpe og samtidig forbedre effektiviteten.

Schottky-dioder af siliciumcarbid giver betydeligt højere maksimal beskyttelse mod omvendt spænding end deres modstykker af silicium; i nogle tilfælde op til en kilovolt eller højere afhængigt af den pågældende diode. Nexperia SiC tilbyder et hybriddiodedesign kaldet ‘merged PiN Schottky”, som indeholder både siliciumkarbid-schottky'er og standard P-N-dioder parallelt for at give ekstra overspændingsbeskyttelse.

Hurtig gendannelsestid

Schottky-dioder af siliciumcarbid kan stoppe strømmen meget hurtigere end deres modstykker af silicium på grund af en ikke-triviel kvantefysik. Når en Schottky-diode er omvendt forspændt, fungerer den stort set som en envejsventil: Når elektroner flyder baglæns gennem dens ledningsbånd og hurtigt injiceres tilbage i det igen og frigives til frit flow igen, stopper strømmen næsten øjeblikkeligt. Dette står i stor kontrast til den tilfældige rekombination mellem n- og p-bærere, der sker i standarddioder, og som sker over tid sammenlignet med den langsomme tilfældige rekombination mellem n- og p-bærere i standarddioder, som tager meget længere tid.

Den hurtige gendannelsestid gør denne enhed velegnet til anvendelser, hvor der er behov for højhastighedsskift, og reducerer belastningen på andre komponenter i kredsløbet. Desuden resulterer den hurtige gendannelsestid i en mindre samlet enhedsstørrelse, samtidig med at der kan overføres mere strøm i hver pakke.

WeEn tilbyder et imponerende udvalg af standard- og brugerdefinerede siliciumcarbid-Schottky-dioder i D2PAK-, TO-247- og isolerede TO-220AB/AC-pakker, der giver uovertruffen omvendt spændingsfald, fremadrettet strømkapacitet og temperaturkoefficienter på op til 1200 V. Derudover udnytter MPS-designs (merged PN Schottky) den naturlige holdbarhed til at levere lavere lækstrømsniveauer og forbedrede overspændingsmuligheder.

WeEn er dedikeret til kvalitet og pålidelighed, hvilket fremgår af vores strenge produkttestprocedurer. For eksempel gennemgår alle SiC-dioder 100%-test af statiske parametre samt test af håndtering af overspændingsstrøm og evaluering af lavinekapacitet for at garantere, at vores kunder får maksimal ydeevne fra deres diodeløsninger.

Lav lækagestrøm

Schottky-dioder af siliciumcarbid har lav lækstrøm, selv når de er omvendt forspændt. Det gør det muligt for mindre dioder at levere højere effekt, samtidig med at kredsløbets størrelse og vægt reduceres.

Lav lækstrøm er også afgørende, når de bruges til applikationer, der kræver hurtige skiftehastigheder, f.eks. i buck boost-konvertere eller andre switchede strømforsyningsapplikationer. Her skal dioderne hurtigt tænde og slukke uden at miste energi i løbet af skiftecyklusserne, hvilket gør disse enheder ideelle til højhastighedsskifteapplikationer som dem, der findes i switchede strømforsyninger.

SiC schottky-dioder har smalle depletionszoner for at mindske parasitære effekter som ringning og anden kapacitiv støj, hvilket gør dem særligt velegnede til brug i RF-effektapplikationer.

SiC-dioder skabes ved hjælp af epitaksial vækst og wafer bonding-teknikker, der begynder med et tyndt metallag bundet til en N-doteret halvleder (M-S-forbindelsen), før disse lag smelter sammen og danner den Schottky-barriere, der giver denne type diode sit navn.

På grund af deres halvledermateriale med bredt båndgab har disse dioder meget højere strømtæthed sammenlignet med standard P-N-dioder og kan derfor håndtere meget højere strøm uden at mindske effektiviteten sammenlignet med deres modstykker af silicium.

På grund af deres brede temperaturområde og evne til at nedbryde højspænding vinder disse enheder hurtigt i popularitet på tværs af en række elektroniske designapplikationer, såsom buck-boost-omformere, solcelleinvertere, opladere til elbiler og andre højspændingsstrømforsyninger.

Da wide-bandgap-halvledere arbejder ved høje temperaturer, skal de gennemgå omfattende pålidelighedstest for at sikre deres stabilitet. Denne test omfatter 100%-test af statiske parametre, 100%-test af håndtering af overspændingsstrøm (IFSM) og 100%-test af lavinekapacitet (UIS). WeEn har etableret omfattende kvalitets- og pålidelighedskontrolsystemer, som gør det muligt for os at fremstille nogle af de effekthalvledere af højeste kvalitet, der findes på markedet i dag.

Drift ved høj temperatur

Schottky-dioder af siliciumcarbid har en unik evne til at fungere ved højere temperaturer end deres modstykker af silicium, samtidig med at de stadig har en høj ydeevne. Det skyldes den iboende holdbarhed af siliciumkarbid, som hjælper det med at lede strøm mere effektivt, hvilket reducerer varmeudviklingen i enheden, som ellers kunne føre til en uventet modstandsstigning eller termisk runaway.

SiC schottky-barrierer har halvlederegenskaber med bredt båndgab, der gør det muligt at tilbyde lavere tændspænding end dens PN-junction-modstykke, hvilket muliggør hurtigere tænd/sluk-cyklusser og dermed øgede skiftehastigheder i elektroniske kredsløb. Denne funktion kan hjælpe med at reducere effekttab og samtidig tillade mindre magnetiske og passive komponenter i kredsløb.

Schottky-dioder af siliciumcarbid har lavere tændspændinger og spændingsfald end deres ækvivalenter af silicium på grund af halvledermaterialer med bredt båndgab, der giver mere effektiv ledningsevne og dermed mindsker spændingsfaldet på tværs af barrierer.

Nexperias Schottky-dioder af siliciumkarbid med nedgravet gitter har en intern parasitisk p-n-diode, der forhindrer termisk løbskhed og giver en meget hurtigere gendannelsestid end konventionelle siliciumbaserede dioder. Denne diode fungerer som en distribueret ballastmodstand for at sprede strømbelastningen over et større område og undgå lokaliserede termiske runaway-begivenheder.

Alter Technology har udviklet en serie af hermetisk metalkeramisk indkapslede siliciumcarbiddioder, der er designet til at opfylde kravene til power space-applikationer med overgangstemperaturer på op til -170oC/280oC med fremragende langtidsstabilitet og omvendt lækageegenskaber under så ekstreme forhold. Disse enheder findes i applikationer, der kræver høj effektivitet/pålidelighed som f.eks. hard-switching-strømforsyninger eller beskyttelsesdioder til solcelleanlæg.