第16讲：SiC SBD的特性

SiC SBD具有高耐压、快恢复速度、低损耗和低漏电流等优点，可降低电力电子系统的损耗并显著提高效率。适合高频电源、新能源发电及新能源汽车等多种应用，本文介绍SiC SBD的静态特性和动态特性。

SBD（肖特基势垒二极管）是一种利用金属和半导体接触，在接触处形成势垒，具有整流功能的器件。Si SBD耐压一般在200V以下，而耐压在600V以上的SiC SBD产品已广泛产品化。SiC SBD的某些产品具有3300V的耐压。半导体器件的击穿电压与半导体漂移层的厚度成正比，因此为了提高耐压，必须增加器件的厚度。而SiC的击穿电场强度是Si的10倍。因此，采用SiC半导体，理论上是有可能制造出与Si器件厚度相同、同时其耐压10倍于Si器件的SiC SBD。例如，耐压为3300V的SiC SBD漂移层厚度约为30μm，这使其比Si更薄。

SBD是一种单极型器件，因此器件内部不会积聚少数载流子。关断过程中流过的电流是其n漂移区形成耗尽层期间扫出的电荷，以维持反向阻断电压，这种现象类似于快恢复二极管的反向恢复电流。

如图1为SiC SBD不同温度下正向压降对比，其微分电阻具有正温度特性，可在并联使用时抑制芯片之间的电流不平衡。这一特性有利于防止SBD热失控。图2为SiC SBD不同温度下正向特性变化。


图1：SiC SBD（FMF600DXZ-24B）正向压降


图2：SiC SBD（FMF600DXZ-24B）温度特性

图3显示了SiC SBD从导通状态变为截止状态时的电流和电压波形。对于PIN Si二极管来说，即使二极管关断，电流仍会继续流动，直到内部的少数载流子耗尽（反向恢复电流），因此需要一定的时间才能将电流恢复为零。而SiC SBD是单极型器件，没有少数载流子，只需要为结电容充电所需的电流。此外，SiC SBD的结电容相对较小，因此反向恢复时间短，损耗极小。


图3：SiC SBD（FMF600DXZ-24B）关断波形

三菱电机将高频IGBT芯片和SiC SBD结合，开发了一系列混合SiC模块，如表1所示，适合高频应用。从性价比的角度出发，可以与全SiC模块进行比较和选择。


表1：混合SiC模块

关于三菱电机

三菱电机创立于1921年，是全球知名的综合性企业。截止2024年3月31日的财年，集团营收52579亿日元（约合美元348亿）。作为一家技术主导型企业，三菱电机拥有多项专利技术，并凭借强大的技术实力和良好的企业信誉在全球的电力设备、通信设备、工业自动化、电子元器件、家电等市场占据重要地位。尤其在电子元器件市场，三菱电机从事开发和生产半导体已有68年。其半导体产品更是在变频家电、轨道牵引、工业与新能源、电动汽车、模拟/数字通讯以及有线/无线通讯等领域得到了广泛的应用。