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IRKT142/08
電子從半導(dǎo)體向金屬擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，形成空間電荷區(qū)、自建電場(chǎng)和勢(shì)壘，并且耗盡層只在N型半導(dǎo)體一邊(勢(shì)壘區(qū)全部落在半導(dǎo)體一側(cè))。勢(shì)壘區(qū)中自建電場(chǎng)方向由N型區(qū)指向金屬，隨熱電子發(fā)射自建場(chǎng)增加，與擴(kuò)散電流方向相反的漂移電流增大，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在金屬與半導(dǎo)體之間形成一個(gè)接觸勢(shì)壘，這就是肖特基勢(shì)壘。在外加電壓為零時(shí)，電子的擴(kuò)散電流與反向的漂移電流相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在加正向偏壓(即金屬加正電壓，半導(dǎo)體加負(fù)電壓)時(shí)，自建場(chǎng)削弱，半導(dǎo)體一側(cè)勢(shì)壘降低，于是形成從金屬到半導(dǎo)體的正向電流。當(dāng)加反向偏壓時(shí)，自建場(chǎng)增強(qiáng)，勢(shì)壘高度增加，形成由半導(dǎo)體到金屬的較小反向電流。因此，SBD與PN結(jié)二極管一樣，是一種具有單向?qū)щ娦缘姆蔷€性器件。
由于Si和GaAs的勢(shì)壘高度和臨界電場(chǎng)比寬帶半導(dǎo)體材料低，用其制作的SBD擊穿電壓較低，反向漏電流較大。碳化硅(SiC)材料的禁帶寬度大(2.2eV~3.2eV)，臨界擊穿電場(chǎng)高(2V/cm~4×106V/cm)，飽合速度快(2×107cm/s)，熱導(dǎo)率高為4.9W/(cm·K)，抗化學(xué)腐蝕性強(qiáng)，硬度大，材料制備和制作工藝也比較成熟，是制作高耐壓、低正向壓降和高開關(guān)速度SBD的比較理想的新型材料。1999年，美國(guó)Purdue大學(xué)在美國(guó)海軍資助的MURI項(xiàng)目中，研制成功4.9kV的SiC功率SBD，使SBD在耐壓方面取得了根本性的突破。 SBD的正向壓降和反向漏電流直接影響SBD整流器的功率損耗，關(guān)系到系統(tǒng)效率。低正向壓降要求有低的肖特基勢(shì)壘高度，而較高的反向擊穿電壓要求有盡可能高的勢(shì)壘高度，這是相矛盾的。
對(duì)勢(shì)壘金屬必須折衷考慮，故對(duì)其選擇顯得十分重要。對(duì)N型SiC來說，Ni和Ti是比較理想的肖特基勢(shì)壘金屬。由于Ni/SiC的勢(shì)壘高度高于Ti/SiC，故前者有更低的反向漏電流，而后者的正向壓降較小。為了獲得正向壓降低和反向漏電流小的SiCSBD，采用Ni接觸與Ti接觸相結(jié)合、高/低勢(shì) 壘雙金屬溝槽(DMT)結(jié)構(gòu)的SiCSBD設(shè)計(jì)方案是可行的。采用這種結(jié)構(gòu)的SiCSBD，反向特性與Ni肖特基整流器相當(dāng)，在300V的反向偏壓下的反向漏電流比平面型Ti肖特基整流器小75倍，而正向特性類似于NiSBD。采用帶保護(hù)環(huán)的6H-SiCSBD，擊穿電壓達(dá)550V。
SiC是制作功率半導(dǎo)體器件比較理想的材料，2000年5月4日，美國(guó)CREE公司和日本關(guān)西電力公司聯(lián)合宣布研制成功12.3kV的SiC功率二極管，其正向壓降VF在100A/cm2電流密度下為4.9V。這充分顯示了SiC材料制作功率二極管的巨大威力。在SBD方面，采用SiC材料和JBS結(jié)構(gòu)的器件具有較大的發(fā)展?jié)摿?。在高壓功率二極管領(lǐng)域，SBD肯定會(huì)占有一席之地。肖特基(Schottky)二極管的最大特點(diǎn)是正向壓降 VF 比較小。在同樣電流的情況下，它的正向壓降要小許多。另外它的恢復(fù)時(shí)間短。它也有一些缺點(diǎn):耐壓比較低，漏電流稍大些。選用時(shí)要全面考慮。
長(zhǎng)期以來，在輸出12V~24V的SMPS中，次級(jí)邊的高頻整流器只有選用100V 肖特基二極管的SBD或200V的FRED。在輸出24V~48V的SMPS中，只有選用200V~400V的FRED。設(shè)計(jì)者迫切需要介于100V~200V之間的150VSBD和用于48V輸出SMPS用的200VSBD。近兩年來，美國(guó)IR公司和APT公司以及ST公司瞄準(zhǔn)高壓SBD的巨大商機(jī)，先后開發(fā)出150V和200V的SBD。為解決SBD在高溫下易產(chǎn)生由金屬-半導(dǎo)體的整流接觸變?yōu)闅W姆接觸而失去導(dǎo)電性這一肖特基勢(shì)壘的退化問題，APT公司通過退火處理，形成金屬-金屬硅化物-硅勢(shì)壘，從而提高了肖特基勢(shì)壘的高溫性能與可靠性。 ST公司研制的150VSBD，是專門為在輸出12V~24V的SMPS中替代200V的高頻整流FRED而設(shè)計(jì)的。
IXFN180N10
IXFX120N25
MCC19
防止反向電動(dòng)勢(shì)沖擊單向可控硅模塊，導(dǎo)致?lián)p壞。可控硅模塊又叫晶閘管(Silicon Controlled rectifier, SCR)。自從20世紀(jì)50年代問世以來已經(jīng)發(fā)展成了一個(gè)大的家族，它的主要成員有單向晶閘管、雙向晶閘管、光控晶閘管、逆導(dǎo)晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、快速晶閘管，等等。今天大家使用的是單向晶閘管，也就是人們常說的普通晶閘管，它是由四層半導(dǎo)體材料組成的，有三個(gè)PN結(jié)，對(duì)外有三個(gè)電極：第一層P型半導(dǎo)體引出的電極叫陽(yáng)極A，第三層P型半導(dǎo)體引出的電極叫控制極G，第四層N型半導(dǎo)體引出的電極叫陰極K。從晶閘管的電路符號(hào)可以看到，它和二極管一樣是一種單方向?qū)щ姷钠骷?，關(guān)鍵是多了一個(gè)控制極G，這就使它具有與二極管完全不同的工作特性。
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