[敏感詞]代半導體Si基
二極管
簡介: 單個PN結結構,導通和斷開兩種狀態,不具備放大,單向導通;? 無外部電流、電壓控制,就是0和1的狀態,電壓電流較小。
晶體管:BJT
簡介: 背靠背的PN結結構,通過電流驅動實現線性放大功能,具有放大工作區域,能夠實現電流放大作用; 耐壓較高,導通電子較低,能放大電流,但是有拖尾電流,限制了開關速度。
晶體管:MOSFET
簡介: 單個MOS管子,載流子數量相對IGBT要少、耗盡層區域小,所以耐壓較低; 單個結構,載流子少,耗盡層區域小也使得其電流拖尾效應小,因此頻率更高,開關速度更快。
平面型MOSFET:
溝槽型MOSFET:
超結型MOSFET:
屏蔽柵MOSFET:
電壓及應用:中低壓<500V
技術演變過程
朝著高壓、高頻發展,器件的小型化提高了工作頻率,降低了導通電子,提高了開關速率,工藝提升保證了降低芯片面積的同時提高了耐壓特性;
IGBT
簡介:IGBT是由MOSFET和BJT兩個結構串聯形成的器件,其中載流子數量會更多,耗盡層區域更大,能夠承受更高的電壓閾值;載流子的增多、耗盡層區域的增大使得電流的拖尾效應增強,所以開關的速度和頻率更低。
電壓及應用:超低壓IGBT:小于600V,內燃機點火器、數碼相機等消費電子;低壓IGBT:600-1350V, 新能源汽車、UPS電源、白色家電、電焊機、工業變頻器、太陽能電池;中壓IGBT:1400-2500V,地鐵、城軌電極驅動、太陽能電池;高壓IGBT:2500-6500V,軌道牽引、智能電網、大型工業設備。
朝著高壓、低功耗的方向不斷發展
簡介:晶閘管不具備放大功能,兩個同向的PN結是沒有線性放大工作區域的,只有導通、關斷的功能;體積小、耐高壓,但是需要額外的關斷電路。
價格
單管價格
? IGBT
? 二極管
? 三極管
? MOSFET
器件價格
從MOSFET、晶閘管、二極管等各類功率器件來看,東微半導定價[敏感詞],達到2.84元/顆。這主要來源于其在高壓超級結MOSFET、中低壓溝槽柵MOSFET以及超級硅MOSFET等主營產品上的技術領先優勢,以及在新能源車、光伏等領域的應用優勢。
第三代半導體SiC器件
SBD:Schottky barrier diode ,肖特基二極管
SiC 肖特基二極管的主要優勢在于其正向壓降低,有助于降低通態損耗;同時它作為單極型器件,無少子存儲和反向恢復現象,可以實現較高的開關頻率,有助于充分發揮 SiC件的優勢。所以在中低電壓、中小電流、中高頻的(600~3000 V、5~20 A、150~200 kHz)的應用場合,SiC肖特基二極管迅速取代了Si FRD。肖特基結構的主要問題是由于其勢壘高度較低,且存在鏡像力勢壘降低效應,所以其反向漏電流較大,且隨反向電壓增加,擊穿特性較弱。
在實際應用中,肖特基二極管的設計存在正向壓降和反向漏電之間的權衡取舍。對于純肖特基二極管而言,這只能通過選取不同的金屬種類來實現。使用接觸勢壘較高的金屬(如 Ni),可以實現較小的漏電流,但是正向導通壓降將會增加;使用接觸勢壘較低的金屬(如 Ti),可以實現較低的正向壓降,但是反向漏電將會增加。
考慮到勢壘釘扎效應的影響,實際上不同金屬種類之間的勢壘差比金屬功函數更小,改變金屬種類對器件性能的影響并不顯著
應用方向:中低電壓、中小電流、中高頻的( 600~3000 V、 5~20 A、 150~200 kHz)的應用場合
JBS:Junction barrier Schottky diode,結勢壘肖特基二極管
為了給器件設計增加更多的自由度,在不顯著惡化正向導通性能的情況下抑制反向漏電。
在 JBS 二極管中,陽極金屬下方的肖特基接觸部分和 P+區部分交錯排列。在正偏時,僅有肖特基接觸部分參與導電,器件的特性類似純肖特基二極管;在反偏時,肖特基結兩側的 P+區和 N-外延層構成的 P+/N-結形成的耗盡區相互接觸,對肖特基接觸形成了屏蔽,顯著降低了其下方的電場強度,從而降低了漏電流。通過改變 P+區和肖特基區的尺寸,在保持肖特基金屬不變的前提下,很容易地調節器件的正向和反向特性;同時, JBS 二極管還保留了純肖特基二極管單極性導通、開關速度快的優勢,所以 JBS 二極管很快就代替了純肖特基二極管,成為了 Si 肖特基二極管的主要形式。
SiC JBS 二極管和純肖特基二極管一樣,幾乎沒有反向恢復過程,非常適合高頻應用。
應用方向:在 600~3500 V 范圍內最常用。
在各種可靠性性能中,抗浪涌電流沖擊能力是非常重要的一個可靠性指標。抗浪涌電流沖擊能力指的是器件承受大電流脈沖的能力。當浪涌電流出現時,大電流脈沖流過器件,產生相應的電壓降,進而產生較大的發熱功率,導致器件的溫度在短時間內急劇上升,最終可能使得器件內部某部分材料被燒毀,導致器件失效。具有高浪涌可靠性的器件能平穩度過大電流脈沖,不發生失效和明顯的特性退化,有助于提高整個系統的可靠性。為了提高器件的浪涌可靠性,在 JBS 二極管的基礎上提出了 MPS (Merged PiN Schottky)二極管。
在 MPS 二極管中,除了小尺寸 P+區外,還有用于提高器件浪涌可靠性的大尺寸P+區。其中小 P+區的作用和 JBS 二極管中的 P+區完全相同,而大 P+區的作用在于提高器件在大電流下的導通能力。在大電流下,大 P+區對應的 PN 結將會開啟,并向器件的漂移區注入少數載流子;由此產生的電導調制效應將會極大地降低器件的電阻。MPS 二極管的概念和 JBS 二極管從器件的結構特征來說,并沒有本質的區別,都是 P+區與肖特基區的交替排列。區別在于其工作模式:在 JBS 二極管中, P+區僅僅在器件處于反偏時屏蔽高電場,以減小肖特基結處的漏電,在器件處于正偏時并不起作用;在 MPS 二極管中, P+區在器件處于反偏時起到相同的作用,同時在器件處于正偏且正偏電壓較大時,同樣會參與導電,以提高器件雙極導通能力。
與Si相比,由于 SiC 材料相比 Si 材料有著更高的擊穿場強,因此 SiC 肖特基二極管可以用薄得多的外延層實現相同的耐壓。在正常導通時, SiC 肖特基二極管的壓降天然就比 Si 肖特基二極管小,無需使器件進入雙極導通狀態。所以 SiC MPS 二極管中的 P+區逐漸變成了僅在大電流下導通、增強器件浪涌可靠性的手段。
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