??碳化硅肖特基二極管的大功率應(yīng)用優(yōu)勢及發(fā)展趨
作者：海飛樂技術(shù) 時間：2018-05-23 17:30
這種特性實現(xiàn)了功率電子器件的突破，解決了高頻電子應(yīng)用中，二極管速度限制整個電路性能的主要瓶頸。商業(yè)化的SIC SBD已應(yīng)用于高頻開關(guān)電源、功率因數(shù)校正和電機驅(qū)動等領(lǐng)域。當(dāng)與現(xiàn)有最好的功率MOSFET結(jié)合使用時，開關(guān)頻率可以高達400kHz，并有望實現(xiàn)高于1MHz的頻率，這已經(jīng)遠遠大于600V器件的100kHz的開關(guān)頻率了。 除了在功率電子系統(tǒng)中的應(yīng)用外，SIC SBD還用在其他領(lǐng)域，如制作氣敏傳感器、微波和超紫外光探測器。由于SIC的寬禁帶和在高輻射和高溫環(huán)境(高于500℃)優(yōu)越的穩(wěn)定性，使其在這些領(lǐng)域應(yīng)用中具有獨特優(yōu)勢。
近年來，SIC SBD研制出控制能力大于10kV或電流大于100A的器件。商用的SIC SBD在高端功率應(yīng)用中也表現(xiàn)出比現(xiàn)有Si快速恢復(fù)二極管異常優(yōu)越的特性?，F(xiàn)有的商用器件僅限于額定值為1.2kV、20A的器件。
所以，研究具有高電壓和電流控制能力的SIC SBD將是實驗室和商業(yè)公司追求的目標(biāo)。在相對高的功率電子應(yīng)用中，當(dāng)商用器件控制能力達到3～5kV以上時，才能明顯發(fā)揮系統(tǒng)的優(yōu)勢。
為了實現(xiàn)擊穿電壓為3～5kV的SIC SBD商業(yè)生產(chǎn)，首先面臨的一個挑戰(zhàn)就是如何實現(xiàn)重復(fù)性高的可靠性終端技術(shù)，使其能提供高電場、簡單的制造工藝和低的漏電流。不同終端技術(shù)在獲得高阻斷電壓中的應(yīng)用，這些方法大部分包括離子注入過程，這將增加漏電流，降低可靠性。對于終端技術(shù)，由離子注入引起的晶格損傷或注入方法需要解決，這樣才能達到所需的要求。另外，要實現(xiàn)具有低漏電流和長期高可靠性的高耐壓器件，采用合適的鈍化工藝非常關(guān)鍵。
SIC SBD發(fā)展的另一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是SIC襯底和外延層的質(zhì)量，這也是持續(xù)發(fā)展SIC器件的基礎(chǔ)。雖然近幾年SIC襯底和外延層質(zhì)量已經(jīng)得到明顯提高，但仍然需要具有更低缺陷密度和更高質(zhì)量的大尺寸SIC晶圓。有報道稱，通過重復(fù)單面生長工藝(RAF)可以制備超高質(zhì)量的SIC襯底，具有零微管密度、腐蝕坑密度比現(xiàn)有最好材料低2～3個數(shù)量級的2英寸SIC襯底晶圓正在研制中，這是單晶SIC材料的一個重要發(fā)展。進一步可以預(yù)計，制備具有市場競爭力的更大尺寸(3英寸、4英寸或更大)晶圓，將促使SIC器件在未來有更好的發(fā)展和應(yīng)用。
高端功率電子應(yīng)用中，如服務(wù)器和通信電源，雖然SIC SBD已經(jīng)可以與現(xiàn)有Si器件競爭，但相當(dāng)高的產(chǎn)品價格已經(jīng)成為制約其在消費市場(如PC電源)廣泛使用的主要障礙。SIC器件成本高的主要原因是由于基本材料成本比Si高很多。隨著晶圓尺寸的不斷增加，單個器件的平均成本也將降低?，F(xiàn)在商業(yè)的3英寸襯底已經(jīng)可以制備，這將比廣泛應(yīng)用的2英寸襯底成本有很大優(yōu)勢。這是因為，與2英寸晶圓相比，它可以增加器件產(chǎn)量，而且工藝設(shè)備的選擇性也更大。許多先進的自動化4英寸Si器件生產(chǎn)設(shè)備可以改建以滿足高重復(fù)性、低制造缺陷密度和高可靠性的3英寸SIC晶圓要求。對于大SIC晶圓，也可以大量生產(chǎn)高傳導(dǎo)電流能力的器件。不久的將來，具有數(shù)百安培電流控制能力的SIC SBD將會實現(xiàn)。
SIC SBD特有的市場是高溫電子市場，因為它可以在高壓和高溫條件下可靠工作。SIC SBD可以工作于200℃的環(huán)境，但在更高溫度(>200℃)中應(yīng)用受到現(xiàn)有封裝工藝的限制?，F(xiàn)有商業(yè)化SIC SBD的額定溫度為175℃。實現(xiàn)一種可行、并能在高于200℃環(huán)境下工作的低成本封裝技術(shù)已經(jīng)成為SIC SBD在高溫、大功率應(yīng)用中的主要挑戰(zhàn)。
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