總結肖特基勢壘二極管對寬帶隙材料的利用

隨著半導體器件的應用越來越廣泛，制造高能效產品成為研究人員和制造商的首要關注點。 

肖特基勢壘二極管 (SBD) 是引起研究人員和制造商興趣以實現(xiàn)高功率和高溫應用目標的一個關鍵組件。

由于碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等寬帶隙材料具有優(yōu)于硅 (Si) 的固有材料特性，因此工業(yè)界采用寬帶隙材料來滿足功率器件應用中的低功耗需求。這種需求導致了基于 SiC 和 GaN 的 SBD 的制造。

 

肖特基勢壘二極管的一般示例。圖片由東芝提供

 

寬帶隙材料已被證明是高功率和高壓設備的有益選擇。 

例如，制造商在用于光電應用的激光二極管中使用 GaN。此外，過去，設計人員使用這種材料來制造高電子遷移率晶體管。

考慮到這一點，本文將探討近投放市場的一些 SBD、不同的半導體材料如何發(fā)揮作用以及對 GaN SBD 的持續(xù)研究。 

 

市場上近的肖特基勢壘二極管

如今，數(shù)據(jù)中心和通信設備需要高效的電源來維持電力設備的運行。這些設備中的半導體在運行時會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)損耗。 

 

富士電機用于數(shù)據(jù)中心和基站的 SDB

為了解決這個問題，富士電機近發(fā)布了第二代分立式碳化硅基 SBD，適用于數(shù)據(jù)中心和通信基站的電源設備。

薄基板元件使 SDB 系列與眾不同，它縮短了電流流動的距離，從而降低了大功率設備中的功率損耗。據(jù)說該產品旨在節(jié)約能源和實現(xiàn)脫碳社會。

 

ROHM 的 Side-steps 熱失控

半導體行業(yè)的主要參與者羅姆 (ROHM) 也為其肖特基勢壘二極管的 RBQ 和 RBR 系列增加了 12 款新產品。

 

ROHM 的 SBD。圖片由ROHM提供

 

效率需要較低的正向電壓，但是，這會導致較高的反向電流，這可能會導致二極管擊穿——一種稱為熱失控的現(xiàn)象。 

ROHM 的系列具有低正向電壓特性，同時保持低反向電流以避免熱失控并提高效率。

該系列旨在提供交流到直流的整流，使其在消費電子產品中得到應用。

 

SBD 中的 Si 與 SiC 與 GaN

盡管硅具有適用于功率器件應用中的保護和整流的材料特性，但硅基二極管已經(jīng)達到其理論極限。 

這些限制使其難以滿足高阻斷電壓、低開關損耗和高開關速度等高功率應用所需的穩(wěn)健和高效性能要求。 

另一方面，SiC 等寬帶隙材料可提供更快的開關容量并降低功率損耗。

制造肖特基勢壘二極管的研究人員也希望利用 GaN?；?GaN 的肖特基勢壘二極管可以在更高的頻率下運行，同時在功率轉換器中保持低功率損耗。 

研究人員注意到，  GaN 異質結構中的二維電子氣(2DEG) 具有高濃度和高遷移率。因此，研究人員有動力在電力電子設備的高功率應用中開發(fā) GaN。

 

氮化鎵基肖特基勢壘二極管的研究

已經(jīng)有一些研究實驗旨在開發(fā)用于 SBD 的 GaN。這些實驗通常旨在提高材料質量和性能。 

在中國南京大學先進光子與電子材料重點實驗室進行的一項這樣的實驗產生了關于 GaN SBD 的新發(fā)現(xiàn)。 

研究人員制造了一種基于 GaN 的 SBD，其擊穿電壓為 10.6 KV，功率品質因數(shù)（或 PFoM）超過 3.8 GW/cm2。憑借這一成果，研究人員發(fā)現(xiàn)基于 GaN 的 SBD 可能適用于超高壓應用。

 

基于 GaN 的垂直功率肖特基勢壘二極管的結構。圖片由Sun 等人提供

 

此外，研究人員近采用邊緣端接技術來改善基于 GaN 的垂直功率 SBD 的固有材料特性。 

邊緣終止技術包括場板，它用于減少反向偏壓下的電場擁擠。該方法用于在反向偏壓下重新分布肖特基接觸金屬邊緣的電場。

總而言之，SBD 的進步和好處是相對明顯的，并且隨著它研究 GaN 等新半導體材料，其勢頭將繼續(xù)增強。很高興看到基于 GaN 的 SBD 何時以及是否會進入市場。