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SiC肖特基勢壘二極管和Si肖特基勢壘二極管

我們先從SiC肖特基勢壘二極管（以下簡稱為"SBD"）的結(jié)構(gòu)開始介紹。如下圖所示，為了形成肖特基勢壘，將半導(dǎo)體SiC與金屬相接合（肖特基結(jié)）。這種結(jié)構(gòu)與Si肖特基勢壘二極管基本相同，其重要特征是具備高速特性。

SiC-SBD的特點(diǎn)是不僅具有優(yōu)異的高速性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高耐壓。提高Si-SBD的耐壓只需增厚圖中的n-型層、降低載流子濃度，但這會導(dǎo)致阻值上升和VF增高等損耗問題，無法實(shí)際應(yīng)用。因此，Si-SBD的耐壓200V已經(jīng)是極限。而SiC擁有超過硅10倍的絕緣擊穿場強(qiáng)，因此不僅保持實(shí)際應(yīng)用特性，還能耐受高壓。

SiC-SBD和Si-PN結(jié)二極管

針對SBD以上的高耐壓問題，我們可以使用PN結(jié)二極管（稱為"PND"）來應(yīng)對。下圖展示了Si-PN二極管的結(jié)構(gòu)。SBD是僅電子移動，電流流動，而PN結(jié)二極管則通過電子和空穴（孔）使電流流動。通過在n-層積蓄少數(shù)載流子的空穴，使阻值下降，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和低阻值，但關(guān)斷速度會變慢。

盡管快速恢復(fù)二極管（FRD）利用PN結(jié)二極管提高了速度，但其反向恢復(fù)時(shí)間（trr）等性能不如SBD。因此，提高高耐壓Si PN結(jié)二極管的trr損耗是當(dāng)前研究的重要課題之一。同時(shí)，開關(guān)電源無法適應(yīng)高速開關(guān)頻率也是需要解決的問題之一。

右上圖表示Si的SBD、PND、FRD和SiC-SBD耐壓的覆蓋范圍。可以看出SiC-SBD基本覆蓋了PND/FRD的耐壓范圍。SiC-SBD可同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速性和高耐壓，與PND/FRD相比Err（恢復(fù)損耗）顯著降低，開關(guān)頻率也可提高，因此可使用小型變壓器和電容器，有助于設(shè)備小型化。