碳化硅和氮化鎵是目前商業(yè)前景最明朗的半導(dǎo)體材料，堪稱半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)內(nèi)新一代“黃金賽道”。

歷史上人類第一次發(fā)現(xiàn)碳化硅是在1891年，美國人艾奇遜在電溶金剛石的時候發(fā)現(xiàn)一種碳的化合物，這就是碳化硅首次合成和發(fā)現(xiàn)。在經(jīng)歷了百年的探索之后，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以后，人類終于理清了碳化硅的優(yōu)點(diǎn)和特性，并利用碳化硅特性，做出各種新器件，碳化硅行業(yè)得到較快發(fā)展。

相比傳統(tǒng)的硅材料，碳化硅的禁帶寬度是硅的3倍；導(dǎo)熱率為硅的4-5倍；擊穿電壓為硅的8倍；電子飽和漂移速率為硅的2倍。種種特性意味著碳化硅特別適于制造耐高溫、耐高壓，耐大電流的高頻大功率的器件。

SiC SBD 的特征

SiC 能夠以具有快速器件結(jié)構(gòu)特征的肖特基勢壘二極管（SBD）結(jié)構(gòu)，制作出 1200V 以上的高耐壓二極管（Si SBD 的最高耐壓 為 200V 左右）。 因此，通過將現(xiàn)在主流使用的快速 PN 結(jié)二極管（FRD：快速恢復(fù)二極管）替換為 SiC SBD，能夠大幅減小反 向恢復(fù)損耗。有助于實(shí)現(xiàn)電源的高效化，并且通過高頻驅(qū)動實(shí)現(xiàn)電感等被動器件的小型化，同時降低噪聲水平。以功率因數(shù)校正 電路（PFC 電路）和二次側(cè)整流電路為中心，目前廣泛應(yīng)用于電動汽車充電器、光伏發(fā)電系統(tǒng)中的功率調(diào)節(jié)器、服務(wù)器電源、空調(diào)等多個領(lǐng)域。

目前，ROHM SiC SBD 的主要產(chǎn)品線包括 650V、1200V、1700V 耐壓的產(chǎn)品。

SiC SBD 的正向特性

SiC SBD 的開啟電壓與 Si FRD 為同等水平，都小于 1V。開啟電壓是由肖特基勢壘的勢壘高度所決定的，一般來說當(dāng)勢壘高度設(shè)計得較低時，開啟電壓也可以低一些，但是另一方面，反向偏置時的漏電流會增大，二者存在上述折衷關(guān)系。ROHM 的第二代 SBD，通過改善制造工藝，成功地使得漏電流和反向恢復(fù)性能既可以與舊產(chǎn)品保持在相同水平，同時開啟電壓也降低了大約 0.15V。另外，第三代 SBD 通過將 JBS（Junction Barrier Schottky）結(jié)構(gòu)與第二代 SBD 的低 VF工藝相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了更低的 VF、更 小的漏電流。特別是高溫時的 VF得到了大幅減小。

SiC SBD 的溫度依存性與 Si FRD 不同，當(dāng)溫度升高時，隨著工作電阻的增加，VF值會變大，不易發(fā)生熱失控，因此可以放心地 進(jìn)行并聯(lián)使用。圖 2-2 是 VF－IF特性的典型數(shù)據(jù)。

SiC SBD 的反向恢復(fù)特性

Si 的快速 PN 結(jié)二極管（FRD：快速恢復(fù)二極管）在從正向偏置切換到反向偏置的瞬間，會產(chǎn)生極大的瞬態(tài)電流，在此期間因 為要過渡到反向偏置狀態(tài)，會產(chǎn)生很大的損耗。其原因是正向偏置時積聚在漂移層內(nèi)的少數(shù)載流子，在湮滅之前（積聚時間內(nèi)） 會形成電傳導(dǎo)。正向電流越大，或者溫度越高，則反向恢復(fù)時間越長、反向恢復(fù)電流越大，從而損耗也就越大。

另一方面，SiC SBD 是在進(jìn)行電傳導(dǎo)時不使用少數(shù)載流子的多數(shù)載流子器件（單極性器件），因此從原理上來說，不會發(fā)生少數(shù) 載流子的積聚現(xiàn)象。反向恢復(fù)時只會流過結(jié)電容放電程度的較小電流，因此與 Si FRD 相比可以大幅減小損耗。該瞬態(tài)電流幾乎不 受溫度和正向電流的影響，因此無論在何種環(huán)境條件下，都可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定快速的反向恢復(fù)過程。另外，還預(yù)期可以減小由反向恢 復(fù)電流引起的噪聲。 圖 2-3 是 SiC SBD 和 Si FRD 反向恢復(fù)特性的測試結(jié)果?？梢钥闯鰺o論使用溫度和正向電流如何改變，SiC 的反向恢復(fù)電流都 得到了大幅減小。

SiC SBD 的正向浪涌特性

第二代 SBD 是純肖特基（Pure Schottky）結(jié)構(gòu)，采用的是僅僅在漂移層上附加肖特基金屬的簡單結(jié)構(gòu)。但是，在高溫下漂移層 的電阻會增加，因此與 Si FRD 相比，當(dāng)流過正向浪涌電流時，出于自發(fā)熱對電流進(jìn)行限制的尖峰浪涌電流 IFSM 有變低的傾向。

在 PFC 電路中，當(dāng)不使用旁路二極管時，電路起動時所產(chǎn)生的浪涌電流可能導(dǎo)致 SBD 發(fā)生故障。

因此，第三代 SBD 通過采用結(jié)勢壘肖特基（JBS：Junction Barrier Schottky）結(jié)構(gòu)，將 IFSM 特性提高為了第二代產(chǎn)品的 2 倍左 右。JBS 結(jié)構(gòu)在肖特基界面上制作了細(xì)小的 PN 結(jié)二極管，當(dāng)流過大電流時通過 PN 結(jié)注入空穴，可以抑制漂移層電阻的增大，對 浪涌電流有較高的耐性，因此對于沒有旁路二極管的 PFC 電路也可以使用。

圖 2-4 是第二代和第三代 SiC SBD 的結(jié)構(gòu)區(qū)別，表 2-1 是典型電氣特性的對比數(shù)據(jù)。