功率半導體器件簡介2

技術演變過程：

朝著高壓、低功耗的方向不斷發(fā)展

• 晶閘管

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(qū)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。

應用：UPS電源、電焊機、變頻器等。

電壓及頻率：100-3000V，≤10kHz。

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，東微半導定價最高，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(yōu)勢，以及在新能源車、光伏等領域的應用優(yōu)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(yōu)勢在于其正向壓降低，有助于降低通態(tài)損耗；同時它作為單極型器件，無少子存儲和反向恢復現(xiàn)象，可以實現(xiàn)較高的開關頻率，有助于充分發(fā)揮 SiC件的優(yōu)勢。所以在中低電壓、中小電流、中高頻的（6003000 V、520 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(xiàn)。使用接觸勢壘較高的金屬（如 Ni），可以實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)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（ 6003000 V、 520 A、 150~200 kHz）的應用場合

**JBS：Junction barrier Schottky diode，結勢壘肖特基二極管

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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(qū)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(qū)和 N-外延層構成的 P+/N-結形成的耗盡區(qū)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(qū)和肖特基區(qū)的尺寸，在保持肖特基金屬不變的前提下，很容易地調節(jié)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(yōu)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。

**MPS：Merged PiN Schottky

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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?？估擞侩娏鳑_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(xiàn)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(fā)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(wěn)度過大電流脈沖，不發(fā)生失效和明顯的特性退化，有助于提高整個系統(tǒng)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(qū)外，還有用于提高器件浪涌可靠性的大尺寸P+區(qū)。其中小 P+區(qū)的作用和 JBS 二極管中的 P+區(qū)完全相同，而大 P+區(qū)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(qū)對應的 PN 結將會開啟，并向器件的漂移區(qū)注入少數(shù)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(qū)別，都是 P+區(qū)與肖特基區(qū)的交替排列。

區(qū)別在于其工作模式：在 JBS 二極管中， P+區(qū)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(qū)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(xiàn)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(tài)。所以 SiC MPS 二極管中的 P+區(qū)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。