Schottkyjeva dioda iz silicijevega karbida

Silicijevo-karbidne Schottkyjeve diode (SCSD) so polprevodniške naprave s široko pasovno vrzeljo, ki se pogosto uporabljajo v močnostni elektroniki. V primerjavi s konvencionalnimi silicijevimi napravami so SCSD bolj zmogljive in energetsko učinkovite ter zagotavljajo boljši splošni izkoristek pretvorbe energije kot njihovi silicijevi kolegi.

650- in 1200-voltne SiC Schottkyjeve diode družbe Galaxy Microelectronics so kot nalašč za aplikacije s trdim preklopom, saj ponujajo manjši padec napetosti naprej in hitrejše okrevanje kot silicijevi modeli.

Visoka razgradna napetost

Schottkyjeve diode iz silicijevega karbida (SiC) so polprevodniške naprave s širokim pasovnim razmikom, ki se uporabljajo v močnostni elektroniki. Uporabljajo se med drugim v električnih in hibridnih vozilih, sončnih celicah, radiofrekvenčnih detektorjih in usmerniških vezjih. Njihove glavne značilnosti so visoka prebojna napetost, nizek padec napetosti v smeri naprej in hiter čas okrevanja; njihovo delovanje pri visokih temperaturah omogoča tudi večje hitrosti preklopa, ki pomagajo zmanjšati izgube energije in povečati učinkovitost.

SiC Schottkyjeve zaporne diode so sestavljene iz kovinskih kontaktov iz platine (Pt) ali titana (Ti), ki so pritrjeni na polprevodniški material n-tipa SiC in povezani s kovinskimi vodniki - običajno iz platine (Pt) ali titana (Ti). Kovinski kontakti tvorijo učinkovito Schottkyjevo pregrado, ki omejuje pretok toka le v eno smer; to omogoča pretok velikega toka brez izgub, kar je idealno za naprave z visokim izkoristkom/energijsko učinkovitostjo.

SiC Schottkyjeve diode kot polprevodniki s širokim pasovnim razmikom imajo večja prebojna električna polja kot njihovi silicijevi (Si) kolegi, zato so primerne za aplikacije, ki zahtevajo visoko moč in frekvenco, kot so pogoni za električna vozila, fotovoltaični pretvorniki in napajalniki. Poleg tega se diode SiC ponašajo z večjimi prebojnimi električnimi polji in manjšo upornostjo v stanju delovanja v primerjavi s podobnimi diodami na osnovi Si.

Wolfspeedova celovita proizvodna zmogljivost nam omogoča izdelavo diod SiC, ki zagotavljajo izjemno zmogljivost za uporabo v zasnovah močnostne elektronike in so pripravljene za integracijo. Naš nabor tokovnih in napetostnih vrednosti ter možnosti pakiranja nam omogoča izdelavo diod, prilagojenih za vsako aplikacijo posebej.

Nizek padec napetosti naprej

Ena največjih prednosti shottkyjeve diode iz silicijevega karbida je njena sposobnost zagotavljanja nižjih padcev napetosti v smeri naprej kot pri tradicionalnih silicijevih modelih, kar pomeni manjšo izgubo energije v obliki toplote. Poleg tega ta lastnost omogoča višje frekvence za boljšo zmogljivost in učinkovitost.

Silicijeve karbidne diode so polprevodniške naprave z večinskim nosilcem, kar pomeni, da se pri normalnem delovanju čez njihov spoj in kovinski stik prosto gibljejo samo elektroni tipa n. Pri povratni pristranskosti pa imajo tudi elektroni tipa p dostop do tokovnega toka in omogočajo zgodnejšo prekinitev tokovnega toka kot pri običajnih usmernikih s p-n spojem.

Hitro preklapljanje silicijevega karbida lahko znatno zmanjša izgubo energije pri načrtovanju elektronskih vezij. Poleg tega njihove manjše magnetne in pasivne komponente omogočajo oblikovalcem, da zmanjšajo celotno velikost in proizvodne stroške končnih elektronskih sistemov.

Dodatna prednost silicijevega karbida je, da zaradi izjemno nizke upornosti in višje prebojne napetosti zagotavlja izjemno nizke vrednosti uhajalnega toka. Raven uhajalnega toka se zato v primerjavi s tradicionalnimi silicijevimi schottkyjevimi diodami znatno zmanjša, kar pripomore k zmanjšanju elektronskih zasnov in hkrati izboljša učinkovitost.

Silicijeve karbidne Schottkyjeve diode imajo bistveno višjo največjo zaščito pred povratno napetostjo kot njihove silicijeve kolegice; v nekaterih primerih tudi do enega kilovolta ali več, odvisno od zadevne diode. Nexperia SiC ponuja hibridno zasnovo diode, imenovano ‘združeni PiN Schottky”, ki vzporedno vključuje tako silicijevokarbidne schottkyje kot tudi standardne P-N diode, da bi zagotovila dodatno zaščito pred povratno napetostjo.

Hitro okrevanje

Silicijeve karbidne Schottkyjeve diode lahko zaradi netrivialne kvantne fizike ustavijo tok veliko hitreje kot njihove silicijeve analogne diode. Ko je Schottkyjeva dioda vzvratno nagnjena, deluje podobno kot enosmerni ventil: ko elektroni tečejo nazaj skozi njen prevodni pas in se hitro vbrizgajo nazaj vanj ter ponovno sprostijo za prost pretok, se tok praktično takoj ustavi. To je v velikem nasprotju z naključno rekombinacijo med nosilci n in p, ki se dogaja pri standardnih diodah in poteka v daljšem časovnem obdobju, v primerjavi s počasno naključno rekombinacijo med nosilci n in p v standardnih diodah, ki traja veliko dlje.

Zaradi hitrega okrevanja je ta naprava primerna za aplikacije, kjer je potrebno hitro preklapljanje, in zmanjšuje obremenitev drugih komponent v vezju. Poleg tega je zaradi hitrega obnovitvenega časa celotna velikost naprave manjša, hkrati pa omogoča večji prenos moči v vsakem paketu.

WeEn ponuja impresiven izbor standardnih in prilagojenih silicijevega karbida Schottkyjevih diod v paketih D2PAK, TO-247 in izoliranih paketih TO-220AB/AC, ki ponujajo neprekosljiv padec povratne napetosti, sposobnost pretoka naprej in temperaturni koeficient do 1200 V. Poleg tega zasnove MPS (združene PN Schottkyjeve diode) izkoriščajo njeno naravno trajnost in zagotavljajo nižje ravni uhajalnega toka ter izboljšane zmogljivosti za prenapetost.

WeEn je predan kakovosti in zanesljivosti, kar dokazujejo naši strogi postopki testiranja izdelkov. Vse diode SiC na primer opravijo testiranje statičnih parametrov 100% ter testiranje prenapetostnega toka in lavinske sposobnosti, da bi našim strankam zagotovili največjo zmogljivost njihovih diodnih rešitev.

Nizki uhajalni tok

Silicijeve karbidne Schottkyjeve diode imajo nizek uhajalni tok, tudi če so obrnjene. To omogoča, da manjše diode zagotavljajo višje izhodne vrednosti, hkrati pa zmanjšujejo velikost in težo vezja.

Majhen uhajajoči tok je ključnega pomena tudi pri aplikacijah, ki zahtevajo visoke hitrosti preklopa, na primer pri pretvornikih s povečanim tokom ali drugih aplikacijah s stikalnim napajanjem. Pri tem se morajo diode hitro vklopiti in izklopiti, ne da bi med preklopnimi cikli izgubile energijo; zato so te naprave idealne za aplikacije z visoko hitrostjo preklopa, kot so tiste v preklopnih napajalnikih.

SiC schottkyjeve diode imajo ozke cone izčrpavanja, ki ublažijo parazitske učinke, kot so zvonjenje in drugi kapacitivni šumi, zato so še posebej primerne za uporabo v aplikacijah za radijske frekvence.

Diode SiC so izdelane s tehniko epitaksijske rasti in lepljenja ploščic, ki se začne s tanko kovinsko plastjo, vezano na polprevodnik z dopiranjem tipa N (spoj M-S), nato pa se ti plasti združita v Schottkyjevo pregrado, po kateri je ta vrsta diode dobila svoje ime.

Zaradi polprevodniškega materiala s široko pasovno vrzeljo imajo te diode v primerjavi s standardnimi diodami P-N veliko večjo gostoto toka, zato lahko prenesejo veliko večji tok, ne da bi se zmanjšala učinkovitost porabe v primerjavi z njihovimi silicijevimi kolegi.

Zaradi širokega temperaturnega območja delovanja in sposobnosti razgradnje visoke napetosti so te naprave hitro priljubljene v številnih aplikacijah elektronskega načrtovanja, kot so pretvorniki z buck-boostom, fotovoltaični sončni pretvorniki, polnilniki električnih vozil in drugi visokonapetostni napajalniki.

Ker širokopasovni polprevodniki delujejo pri visokih temperaturah, je treba za zagotovitev njihove stabilnosti opraviti obsežno testiranje zanesljivosti. To testiranje vključuje testiranje statičnih parametrov 100%, testiranje prenapetostnega toka 100% (IFSM) in testiranje lavinske sposobnosti 100% (UIS). Družba WeEn je vzpostavila celovite sisteme za nadzor kakovosti in zanesljivosti, ki nam omogočajo proizvodnjo nekaterih najkakovostnejših močnostnih polprevodnikov, ki so trenutno na voljo na trgu.

Delovanje pri visoki temperaturi

Schottkyjeve diode iz silicijevega karbida imajo edinstveno sposobnost delovanja pri višjih temperaturah kot njihove silicijeve kolegice, pri čemer še vedno ohranjajo visoko raven učinkovitosti. To je posledica trajnosti, ki je lastna silicijevemu karbidu in omogoča učinkovitejše prevajanje toka, kar zmanjšuje nastajanje toplote v napravi, ki bi sicer lahko privedla do nepričakovanega povečanja upornosti ali toplotnega umika.

SiC Schottkyjeve pregrade imajo lastnosti polprevodnika s široko pasovno vrzeljo, ki omogočajo nižjo vklopno napetost od podobnega PN spoja, kar omogoča hitrejše vklopne/izklopne cikle in s tem večjo hitrost preklopa v elektronskih vezjih. Ta lastnost lahko pomaga zmanjšati izgube energije, hkrati pa omogoča manjše magnetne in pasivne komponente v vezjih.

Silicijeve karbidne Schottkyjeve diode se ponašajo z nižjimi vklopnimi napetostmi in padci napetosti v smeri naprej kot njihove silicijeve ustreznice zaradi polprevodniških materialov s širokim pasovnim razmikom, ki zagotavljajo učinkovitejšo prevodnost in tako zmanjšujejo padec napetosti na pregradah.

Nexperijine Schottkyjeve diode iz silicijevega karbida z zakopano mrežo imajo notranjo parazitsko p-n diodo, ki preprečuje toplotni pobeg in omogoča veliko hitrejšo obnovo kot običajne diode na osnovi silicija. Ta dioda deluje kot porazdeljeni balastni upor, ki razprši tokovno obremenitev na širše območje in prepreči lokalizirane toplotne pobege.

Podjetje Alter Technology je razvilo linijo hermetično zapakiranih silicijevokarbidnih diod v kovinsko-keramični embalaži, ki so namenjene za uporabo v elektroenergetskem prostoru in se ponašajo s temperaturami spoja do -170oC/280oC ter odlično dolgoročno stabilnostjo in značilnostmi povratnega uhajanja v tako ekstremnih pogojih. Te naprave lahko najdemo v aplikacijah, ki zahtevajo visoko učinkovitost/zanesljivost, kot so napajalniki s trdim preklopom ali zaščitne diode za sončna polja.