第16講：SiC SBD的特性

SiC SBD具有高耐壓、快恢復速度、低損耗和低漏電流等優點，可降低電力電子系統的損耗并顯著提高效率。適合高頻電源、新能源發電及新能源汽車等多種應用，本文介紹SiC SBD的靜態特性和動態特性。

SBD（肖特基勢壘二極管）是一種利用金屬和半導體接觸，在接觸處形成勢壘，具有整流功能的器件。Si SBD耐壓一般在200V以下，而耐壓在600V以上的SiC SBD產品已廣泛產品化。SiC SBD的某些產品具有3300V的耐壓。半導體器件的擊穿電壓與半導體漂移層的厚度成正比，因此為了提高耐壓，必須增加器件的厚度。而SiC的擊穿電場強度是Si的10倍。因此，采用SiC半導體，理論上是有可能制造出與Si器件厚度相同、同時其耐壓10倍于Si器件的SiC SBD。例如，耐壓為3300V的SiC SBD漂移層厚度約為30μm，這使其比Si更薄。

SBD是一種單極型器件，因此器件內部不會積聚少數載流子。關斷過程中流過的電流是其n漂移區形成耗盡層期間掃出的電荷，以維持反向阻斷電壓，這種現象類似于快恢復二極管的反向恢復電流。

如圖1為SiC SBD不同溫度下正向壓降對比，其微分電阻具有正溫度特性，可在并聯使用時抑制芯片之間的電流不平衡。這一特性有利于防止SBD熱失控。圖2為SiC SBD不同溫度下正向特性變化。

圖1：SiC SBD（FMF600DXZ-24B）正向壓降

圖2：SiC SBD（FMF600DXZ-24B）溫度特性

圖3顯示了SiC SBD從導通狀態變為截止狀態時的電流和電壓波形。對于PIN Si二極管來說，即使二極管關斷，電流仍會繼續流動，直到內部的少數載流子耗盡（反向恢復電流），因此需要一定的時間才能將電流恢復為零。而SiC SBD是單極型器件，沒有少數載流子，只需要為結電容充電所需的電流。此外，SiC SBD的結電容相對較小，因此反向恢復時間短，損耗極小。

圖3：SiC SBD（FMF600DXZ-24B）關斷波形

三菱電機將高頻IGBT芯片和SiC SBD結合，開發了一系列混合SiC模塊，如表1所示，適合高頻應用。從性價比的角度出發，可以與全SiC模塊進行比較和選擇。

表1：混合SiC模塊

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三菱電機創立于1921年，是全球知名的綜合性企業。截止2024年3月31日的財年，集團營收52579億日元（約合美元348億）。作為一家技術主導型企業，三菱電機擁有多項專利技術，并憑借強大的技術實力和良好的企業信譽在全球的電力設備、通信設備、工業自動化、電子元器件、家電等市場占據重要地位。尤其在電子元器件市場，三菱電機從事開發和生產半導體已有68年。其半導體產品更是在變頻家電、軌道牽引、工業與新能源、電動汽車、模擬/數字通訊以及有線/無線通訊等領域得到了廣泛的應用。

文章來源：三菱電機半導體