二極管反向擊穿電壓的影響因素

  為了反映厚度對(duì)4H-SIC pn結(jié)二極管擊穿效應(yīng)的影響程度，偽真采取定量的摻雜濃度，在4H-SIC pn結(jié)二極管仿真模型不變的情況下，對(duì)n區(qū)的厚度取不同的值作到比。圖1設(shè)置了厚度分別為1.2μm、2μm、2.8μm、3.8μm。

 
  為了提高pn結(jié)二極管對(duì)反向電壓的承受能力，一般需要増加材料厚度以保證高反壓下不發(fā)生空間電荷區(qū)與電極的穿通。如圖1所示。由于半導(dǎo)體中電子的遷移不一般都是高于空穴遷移率，因而無(wú)論從頻率特性還是從功率消耗方面，一般都選高阻n型材料，做成p+n-n+結(jié)構(gòu)。這種二極管的內(nèi)建電場(chǎng)主要集中在p+n-界面附近。由于n-層的中性區(qū)己經(jīng)是高阻區(qū)，其空間電荷區(qū)的電阻還要更高，因而這種二極管在熱平衡狀態(tài)下的阻抗就會(huì)很高。

  pn結(jié)二極管正向偏置時(shí)，p+層和n+層分別向n-層注入空穴和電子。這些注入載流子在n-層的中心區(qū)一邊擴(kuò)散一邊復(fù)合，為電源通過(guò)p+層和n+層不斷注入新的載流子提供了保障，從而在n-層中形成穩(wěn)定的額外載流子分布，使之降低電阻進(jìn)入低阻抗?fàn)顟B(tài)，并且注入電流越大阻抗越低。與此相反，反向偏置使n-層的空間電荷區(qū)展寬，陽(yáng)抗增大。足夠高的反向電壓還可使整個(gè)n-層耗盡，直至將空間電荷區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)展到n+層。如果p+層和n+層的摻雜濃度足夠高，則空間電荷區(qū)將局限在n-層，起到避免穿通的作用，使得二極管既能承受較高的反向電壓，也能傳導(dǎo)較大的正向電流。

  圖中我們可以看到碳化硅pn結(jié)二極管在高溫下的漏電流非常小。即使再600K的高溫，碳化硅器件在高溫阻斷狀態(tài)下的漏電流仍可忽略。相對(duì)硅和砷化鎵器件而言，其高溫阻斷功耗幾乎為零。高溫漏電流小最大的好處主要不在于阻斷功耗小，而在于能有效避免熱電擊穿的發(fā)生。若隨著結(jié)溫上升，器件的反向漏電流對(duì)溫度比較敏感，溫度升高則漏電流增大，則會(huì)導(dǎo)致二次擊穿。



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