Δίοδος Schottky καρβιδίου πυριτίου

Οι δίοδοι Schottky καρβιδίου πυριτίου (SCSD) είναι διατάξεις ημιαγωγών με ευρύ χάσμα ζώνης που χρησιμοποιούνται ευρέως στα ηλεκτρονικά ισχύος. Προσφέροντας υψηλότερες επιδόσεις και μεγαλύτερη ενεργειακή απόδοση σε σύγκριση με τις συμβατικές διατάξεις πυριτίου, οι SCSD παρέχουν καλύτερη συνολική απόδοση μετατροπής ισχύος από τις αντίστοιχες διατάξεις πυριτίου.

Οι δίοδοι Schottky 650V και 1200 V SiC της Galaxy Microelectronics είναι ιδανικές για εφαρμογές σκληρής μεταγωγής, προσφέροντας χαμηλότερη πτώση τάσης προς τα εμπρός και ταχύτερη αποκατάσταση από τα μοντέλα πυριτίου.

Υψηλή τάση διάσπασης

Οι δίοδοι Schottky από καρβίδιο του πυριτίου (SiC) είναι διατάξεις ημιαγωγών με ευρύ χάσμα ζώνης που χρησιμοποιούνται στα ηλεκτρονικά ισχύος. Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν ηλεκτρικά και υβριδικά οχήματα, ηλιακές κυψέλες, ανιχνευτές ραδιοσυχνοτήτων και ανορθωτικά κυκλώματα, μεταξύ άλλων. Τα κύρια χαρακτηριστικά τους είναι η υψηλή τάση διάσπασης, η χαμηλή πτώση τάσης εμπροσθοπορείας και ο γρήγορος χρόνος αποκατάστασης- με τη λειτουργία τους σε υψηλές θερμοκρασίες να επιτρέπει επίσης αυξημένες ταχύτητες μεταγωγής που συμβάλλουν στην ελαχιστοποίηση των απωλειών ισχύος και στη μεγιστοποίηση της απόδοσης.

Οι δίοδοι φραγμού Schottky SiC αποτελούνται από μεταλλικές επαφές που αποτελούνται είτε από λευκόχρυσο (Pt) είτε από τιτάνιο (Ti), τοποθετημένες σε ένα ημιαγωγικό υλικό SiC τύπου n και συνδεδεμένες με μεταλλικά καλώδια - συνήθως λευκόχρυσο (Pt) ή τιτάνιο (Ti). Οι μεταλλικές επαφές δημιουργούν ένα αποτελεσματικό φράγμα Schottky, περιορίζοντας το ρεύμα να ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση μέσα από αυτό- αυτό επιτρέπει τη διέλευση μεγάλων ροών ρεύματος χωρίς τη δημιουργία απωλειών - ιδανικό για συσκευές υψηλής απόδοσης/ισχύος.

Οι δίοδοι Schottky SiC, ως ημιαγωγοί με ευρύ χάσμα ζώνης, διαθέτουν υψηλότερα ηλεκτρικά πεδία διάσπασης από τις αντίστοιχες του πυριτίου (Si) και, συνεπώς, είναι κατάλληλες για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ισχύ και συχνότητα, όπως οι κινητήρες ηλεκτρικών οχημάτων, οι φωτοβολταϊκοί μετατροπείς και τα τροφοδοτικά. Επιπλέον, οι δίοδοι SiC διαθέτουν τόσο αυξημένα ηλεκτρικά πεδία διάσπασης όσο και χαμηλότερη αντίσταση κατά την κατάσταση λειτουργίας σε σύγκριση με τις αντίστοιχες δίοδους Si.

Η ικανότητα παραγωγής της Wolfspeed από άκρη σε άκρη μας επιτρέπει να κατασκευάζουμε διόδους SiC που παρέχουν εξαιρετικές επιδόσεις για χρήση σε σχέδια ηλεκτρονικών ισχύος, έτοιμες για ενσωμάτωση. Το εύρος των ονομαστικών τιμών ρεύματος, των ονομαστικών τιμών τάσης και των επιλογών συσκευασίας μας επιτρέπει να παράγουμε διόδους προσαρμοσμένες ειδικά για κάθε εφαρμογή.

Χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός

Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα μιας διόδου schottky καρβιδίου πυριτίου έγκειται στην ικανότητά της να παρέχει χαμηλότερες απώλειες τάσης προς τα εμπρός από τις παραδοσιακές κατασκευές πυριτίου, οδηγώντας σε λιγότερη σπατάλη ενέργειας ως θερμότητα. Επιπλέον, αυτό το χαρακτηριστικό επιτρέπει υψηλότερες συχνότητες για βελτιωμένη απόδοση και αποδοτικότητα.

Οι δίοδοι καρβιδίου του πυριτίου καθίστανται δυνατές λόγω του ότι είναι διατάξεις ημιαγωγών "φορέων πλειοψηφίας", πράγμα που σημαίνει ότι κατά την κανονική λειτουργία μόνο τα ηλεκτρόνια τύπου n θα κινούνται ελεύθερα μέσω της ένωσης και της μεταλλικής επαφής. Ωστόσο, κατά την αντίστροφη πόλωση, τα ηλεκτρόνια τύπου p θα έχουν επίσης πρόσβαση στη ροή ρεύματος και θα επιτρέπουν την πρόωρη διακοπή της ροής ρεύματος σε σχέση με τους παραδοσιακούς ανορθωτές επαφής p-n.

Οι γρήγορες ταχύτητες μεταγωγής των schottkys από καρβίδιο πυριτίου μπορούν να μειώσουν σημαντικά την απώλεια ισχύος σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα. Επιπλέον, τα μικρότερα μαγνητικά και παθητικά στοιχεία τους επιτρέπουν στους σχεδιαστές να μειώσουν το συνολικό μέγεθος καθώς και το κόστος παραγωγής των τελικών ηλεκτρονικών συστημάτων.

Τα schottkys καρβιδίου πυριτίου έχουν το πρόσθετο πλεονέκτημα ότι παρέχουν εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα ρεύματος διαρροής λόγω της εξαιρετικά χαμηλής αντίστασης και της υψηλότερης τάσης διάσπασης. Συνεπώς, τα επίπεδα ρεύματος διαρροής μειώνονται σημαντικά σε σύγκριση με τις παραδοσιακές διόδους schottky πυριτίου, βοηθώντας τα ηλεκτρονικά σχέδια να συρρικνωθούν, βελτιώνοντας παράλληλα την αποδοτικότητα.

Οι δίοδοι schottky καρβιδίου πυριτίου προσφέρουν σημαντικά υψηλότερη μέγιστη προστασία από την αντίστροφη τάση από τις αντίστοιχες δίοδους πυριτίου- σε ορισμένες περιπτώσεις έως και ένα kilovolt ή και περισσότερο, ανάλογα με τη συγκεκριμένη δίοδο. Η Nexperia SiC προσφέρει μια υβριδική σχεδίαση διόδων που ονομάζεται "merged PiN Schottky", η οποία ενσωματώνει παράλληλα τόσο schottkys καρβιδίου πυριτίου όσο και τυπικές διόδους P-N, προκειμένου να παρέχει πρόσθετη προστασία από την υπέρταση.

Γρήγορος χρόνος αποκατάστασης

Οι δίοδοι schottky καρβιδίου πυριτίου μπορούν να σταματήσουν τη ροή ρεύματος πολύ πιο γρήγορα από τις αντίστοιχες δίοδους πυριτίου λόγω κάποιας μη τετριμμένης κβαντικής φυσικής. Όταν η δίοδος Schottky έχει αντίστροφη πόλωση, λειτουργεί σαν βαλβίδα μονής κατεύθυνσης: όταν τα ηλεκτρόνια ρέουν προς τα πίσω μέσω της ζώνης αγωγιμότητάς της και εγχέονται ταχέως ξανά σε αυτήν και απελευθερώνονται για ελεύθερη ροή και πάλι, σταματώντας πρακτικά αμέσως το ρεύμα. Αυτό έρχεται σε μεγάλη αντίθεση με τον τυχαίο επανασυνδυασμό μεταξύ φορέων τύπου n και p που συμβαίνει με τις τυπικές διόδους, ο οποίος συμβαίνει με την πάροδο του χρόνου σε σύγκριση με τον αργό τυχαίο επανασυνδυασμό μεταξύ φορέων τύπου n και p στις τυπικές διόδους, ο οποίος διαρκεί πολύ περισσότερο.

Ο γρήγορος χρόνος αποκατάστασης καθιστά αυτή τη διάταξη κατάλληλη για εφαρμογές όπου είναι απαραίτητη η μεταγωγή υψηλής ταχύτητας και μειώνει την καταπόνηση άλλων εξαρτημάτων στο κύκλωμα. Επιπλέον, ο γρήγορος χρόνος αποκατάστασης έχει ως αποτέλεσμα μικρότερο συνολικό μέγεθος της διάταξης, ενώ επιτρέπει μεγαλύτερη μετάδοση ισχύος σε κάθε συσκευασία.

Η WeEn προσφέρει μια εντυπωσιακή ποικιλία τυποποιημένων και προσαρμοσμένων διόδων Schottky καρβιδίου πυριτίου σε συσκευασίες D2PAK, TO-247 και μονωμένες TO-220AB/AC, προσφέροντας ασυναγώνιστη πτώση ανάστροφης τάσης, ικανότητα εμπρόσθιου ρεύματος και ονομαστικές τιμές συντελεστή θερμοκρασίας έως 1200 V. Επιπλέον, τα σχέδια MPS (merged PN Schottky) εκμεταλλεύονται τη φυσική ανθεκτικότητά του για να προσφέρουν χαμηλότερα επίπεδα ρεύματος διαρροής και βελτιωμένες δυνατότητες υπερπήδησης.

Η WeEn είναι αφοσιωμένη στην ποιότητα και την αξιοπιστία, γεγονός που αποδεικνύεται από τις αυστηρές διαδικασίες δοκιμής των προϊόντων μας. Για παράδειγμα, όλες οι δίοδοι SiC υποβάλλονται σε δοκιμές στατικών παραμέτρων 100%, καθώς και σε δοκιμές χειρισμού ρεύματος κύματος κύματος και αξιολόγησης της ικανότητας χιονοστιβάδας, προκειμένου να εγγυηθούμε ότι οι πελάτες μας λαμβάνουν τη μέγιστη δυνατή απόδοση από τις λύσεις διόδων τους.

Χαμηλό ρεύμα διαρροής

Οι δίοδοι Schottky από καρβίδιο πυριτίου προσφέρουν χαμηλό ρεύμα διαρροής ακόμη και όταν είναι αντίστροφα πολωμένες. Αυτό επιτρέπει σε μικρότερες διόδους να παρέχουν υψηλότερες ονομαστικές τιμές εξόδου, μειώνοντας ταυτόχρονα το μέγεθος και το βάρος της πλακέτας κυκλώματος.

Το χαμηλό ρεύμα διαρροής είναι επίσης ζωτικής σημασίας όταν χρησιμοποιείται για εφαρμογές που απαιτούν γρήγορες ταχύτητες μεταγωγής, όπως σε μετατροπείς buck boost ή άλλες εφαρμογές τροφοδοσίας με μεταγωγή. Εδώ, οι δίοδοι πρέπει να ενεργοποιούνται και να απενεργοποιούνται γρήγορα χωρίς να χάνουν ενέργεια κατά τη διάρκεια των κύκλων μεταγωγής τους, γεγονός που καθιστά αυτές τις διατάξεις ιδανικές για εφαρμογές μεταγωγής υψηλής ταχύτητας, όπως αυτές που συναντώνται σε τροφοδοτικά ισχύος με μεταγωγή.

Οι δίοδοι schottky SiC διαθέτουν στενές ζώνες εξάντλησης για τον μετριασμό των παρασιτικών φαινομένων, όπως το ringing και άλλος χωρητικός θόρυβος, καθιστώντας τες ιδιαίτερα κατάλληλες για χρήση σε εφαρμογές ισχύος RF.

Οι δίοδοι SiC δημιουργούνται μέσω τεχνικών επιταξιακής ανάπτυξης και συγκόλλησης πλακιδίων, ξεκινώντας με ένα λεπτό μεταλλικό στρώμα συνδεδεμένο με έναν ημιαγωγό με ντοπάρισμα τύπου Ν (η ένωση M-S), πριν συγχωνευθούν αυτά τα στρώματα για να σχηματίσουν το φράγμα Schottky που δίνει σε αυτόν τον τύπο διόδου το όνομά του.

Λόγω του υλικού ημιαγωγού με ευρύ χάσμα ζώνης, οι δίοδοι αυτές διαθέτουν πολύ υψηλότερες πυκνότητες ρεύματος σε σύγκριση με τις τυπικές διόδους Ρ-Ν και επομένως μπορούν να διαχειριστούν πολύ υψηλότερο ρεύμα χωρίς να μειωθεί η απόδοση ισχύος σε σύγκριση με τις αντίστοιχες διόδους πυριτίου.

Λόγω του ευρέος εύρους θερμοκρασιακής λειτουργίας τους και των δυνατοτήτων διάσπασης υψηλής τάσης, αυτές οι διατάξεις κερδίζουν γρήγορα σε δημοτικότητα σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών ηλεκτρονικού σχεδιασμού, όπως μετατροπείς buck-boost, φωτοβολταϊκοί ηλιακοί μετατροπείς, φορτιστές ηλεκτρικών οχημάτων και άλλα τροφοδοτικά υψηλής τάσης.

Καθώς οι ημιαγωγοί ευρέως χάσματος λειτουργούν σε υψηλές θερμοκρασίες, πρέπει να υποβάλλονται σε εκτεταμένες δοκιμές αξιοπιστίας για να διασφαλίζεται η σταθερότητά τους. Οι δοκιμές αυτές περιλαμβάνουν δοκιμές στατικών παραμέτρων 100%, δοκιμές χειρισμού ρεύματος υπερτάσεων 100% (IFSM) και δοκιμές ικανότητας χιονοστιβάδας 100% (UIS). Η WeEn έχει καθιερώσει ολοκληρωμένα συστήματα ελέγχου ποιότητας και αξιοπιστίας, τα οποία μας επιτρέπουν να κατασκευάζουμε μερικούς από τους ημιαγωγούς ισχύος υψηλότερης ποιότητας που διατίθενται σήμερα στην αγορά.

Λειτουργία σε υψηλή θερμοκρασία

Οι δίοδοι Schottky καρβιδίου πυριτίου έχουν τη μοναδική ικανότητα να λειτουργούν σε υψηλότερες θερμοκρασίες από τις αντίστοιχες δίοδους πυριτίου, διατηρώντας παράλληλα υψηλά επίπεδα απόδοσης. Αυτό οφείλεται στην εγγενή ανθεκτικότητα του καρβιδίου του πυριτίου, η οποία το βοηθάει να διεξάγει το ρεύμα πιο αποτελεσματικά, μειώνοντας έτσι την παραγωγή θερμότητας εντός της διάταξης, η οποία διαφορετικά θα μπορούσε να οδηγήσει σε απροσδόκητη αύξηση της αντίστασης ή σε θερμική διαφυγή.

Τα φράγματα schottky SiC διαθέτουν χαρακτηριστικά ημιαγωγού με ευρύ χάσμα ζώνης που τους επιτρέπουν να προσφέρουν χαμηλότερη τάση ενεργοποίησης από την αντίστοιχη της σύνδεσης PN, επιτρέποντας ταχύτερους κύκλους ενεργοποίησης/απενεργοποίησης και, συνεπώς, αυξημένες ταχύτητες μεταγωγής σε ηλεκτρονικά κυκλώματα. Αυτό το χαρακτηριστικό μπορεί να συμβάλει στη μείωση των απωλειών ισχύος, ενώ ταυτόχρονα επιτρέπει μικρότερα μαγνητικά και παθητικά εξαρτήματα μέσα στα κυκλώματα.

Οι δίοδοι schottky καρβιδίου πυριτίου διαθέτουν χαμηλότερες τάσεις ενεργοποίησης και απώλειες τάσης προς τα εμπρός από τις αντίστοιχες του πυριτίου, λόγω των υλικών ημιαγωγών με ευρύ χάσμα ζώνης που παρέχουν πιο αποτελεσματική αγωγιμότητα, μειώνοντας έτσι την πτώση τάσης στα φράγματα.

Οι δίοδοι Schottky καρβιδίου πυριτίου με θαμμένο πλέγμα της Nexperia διαθέτουν μια εσωτερική παρασιτική δίοδο p-n για να αποτρέψουν τη θερμική διαφυγή και να επιτρέψουν πολύ ταχύτερο χρόνο ανάκαμψης από τις συμβατικές διόδους με βάση το πυρίτιο. Αυτή η δίοδος λειτουργεί ως κατανεμημένη αντίσταση ballasting για τη διάχυση του τρέχοντος φορτίου σε ευρύτερη περιοχή και την αποφυγή τοπικών θερμικών γεγονότων διαφυγής.

Η Alter Technology έχει αναπτύξει μια σειρά διόδων καρβιδίου πυριτίου σε ερμητικά μεταλλικά-κεραμική συσκευασία, σχεδιασμένες για να ανταποκρίνονται σε εφαρμογές χώρου ισχύος, με θερμοκρασίες σύνδεσης έως -170oC/280oC με εξαιρετική μακροπρόθεσμη σταθερότητα και χαρακτηριστικά αντίστροφης διαρροής σε τέτοιες ακραίες συνθήκες. Αυτές οι διατάξεις μπορούν να βρεθούν σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή απόδοση/αξιοπιστία, όπως τροφοδοτικά σκληρής μεταγωγής ή δίοδοι προστασίας ηλιακών συστοιχιών.