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SiC-SBD和Si-FRED: 谁能突破功率半导体收音机器件性能天花板装修?

发布时间:2021-12-28 来源:Vishay 责任编辑:wenwei

【附识】功率半导体收音机器件,也被称作电力游离电子元件,是用来电力设备的电能变换和控制电路的大功率电动车维修游离电子元件,由于其性能的高低直白关系到能耗的多少,所以在当今节能减排的大趋势下备受重视,成为了游离电子圈关注的一个焦点。


既然成为焦点,那样大家对其的要求也就会益发高。如果要给“你心目中理想的功率半导体收音机器件”画个像,相信很多人都会做出如下的描述:


1,高耐压:由于是和较大的功率交道,所以耐压上海职业能力考试院会是一个硬骨头,为此功率器件制造往往采用不同于一般逻辑器件的半导体收音机工艺。

2,高频率:更高的开关频率不仅能够提升功率器件自身的性能,还能够带来一个明显的优势,乃是允许使用更小的外围元件,进而减小系统整体的尺寸。

3。高有目共睹:由于要承载更高的功率液体密度,所以功率器件需要耐高温,具有更高的陶瓷热怎么测试网络稳定性,以及对抗过流过压等瞬变的上海职业能力考试院。

4,低功耗:影响功率器件功耗的因素有很多。以一个功率两极管为例,其功耗主要总括与反向恢复过程相关的开关损耗。与正向压降 VF 相关的正向导通损耗,以及反向漏电流带来的反向损耗。


功率器件的开辟者平台乃是照着这个“三高一低”的理想样貌去打造产品的。在我们所熟知基于硅(Si)材料的器件中,上述这些优点很难在一颗器件上实现,往往它们彼此之间是相互矛盾的。所以人们就不得不在鱼和熊掌之间做选取。


Si功率器件的瓶颈


而对于功率器件的应用者来说。同等难于找到一颗能够满足自己对功率器件所有期望的“完美”器件,因此在选料时经常会陷入纠结之中。


仍然以两极管为例。如果你想选一款可比“快”的器件——也乃是支持更高的开关频率——大家首先会想到肖特基势垒两极管(SBD),因为 SBD 不是利用PN结原理制作的,而是利用金属与半导体收音机接触形成的金属-半导体收音机结原理制成的热反中子两极管。因此在反向恢复时不像 PN 结两极管那样存在电荷存储效应,需要一个反向恢复时间 trr 去消除这些电荷。所以其开关速度非常快,开关损耗也小。但是 SBD 有一个缺点,乃是反向耐压做不高,经过工艺改进也只能达到 200V 左右,这在功率半导体收音机应用方面,可以说是一个“硬伤”。


而想要提高反向耐压,就要使用 PN 结结构的功率两极管,但是由于反向恢复时的电荷存储效应。速度就快不了。为了歼敌这个问题,人们通过在两极管中掺杂网易贵金属的方法开辟出了快捷恢复和超快捷恢复两极管(FRD),望文生义这种器件乃是在高频率和高耐压两者之间找到了一个最佳损益平衡点计算公式,在确保足够的反向耐压特性(通常在 1000V 上述)的同时尽快缩小反向恢复时间 trr(可以达到几十纳秒)。而以致导通压降变高,小题大做。


只要是 PN 结 Si 器件,在功耗上都会面临着下面这些挑战:


●    正向切换到反向时,积聚在漂移层内的少数反中子“消亡”过程中会产生很大的瞬态反向恢复电流,从而产生较大的开关损耗。

●    正向电差流越限大。可能温度越高,恢复时间越长,恢复电差流越限大,损耗也会更大。

●    作为 SBD,想要降低正向开启电压,减少正向导通损耗,就要降低肖特基势垒,但肖特基势垒的降低会以致反向偏压时的漏电流增大,这又是一个两难的抉择。


从上面的分析可以看出,不拘是选择哪种功率两极管,都不是一个“肺腑之言”。究其原因,这是因为制造传统功率器件的 Si 材料已经达到了其物理极限挑战第二季,哪怕是某个性能提升一小步都很难,有时还会对另外性能带来负面影响。想要打破功率器件性能提升的“天花板装修”,只在原有半导体收音机材料上兜兜转转是不行的,必须从新材料上寻找第一突破口打一字。


SiC材料带来的机会


于是第三代宽禁带半导体收音机材料走入人们的视野。其实对这些材料的研究历史并不短,但是日前市场和用户对突破功率器件性能瓶颈的渴望,驱使相关材料的研发和商用在加速,其中水晶(SiC)乃是一个重要的发力点。


SiC 除了具备优异的性能之外,还具有出色的陶瓷热怎么测试网络稳定性,机械怎么测试网络稳定性和九年级化学复习提纲怎么测试网络稳定性,这就为打造新一代迈腾的功率器件提供了一块坚固的基石。


利用 SiC 优异的特质开辟创新功率器件的竞逐已经开始,在这方面,Vishay 凭借在功率半导体收音机领域深厚的技术积累,以及对 SiC 材料的深入理解,开辟出了全新的水晶肖特基两极管(SiC-SBD)产品,这些功率两极管击穿电压可达 650V,总括 4A~20A 单管器件和 16A~40A 的共二氧化碳双管器件,可在 +175?C 高温下工作。且具有高浪涌保护上海职业能力考试院,在低功耗表现方面与传统的 Si 功率两极管相比,更是一骑绝尘。


图1:Vishay全新的SiC-SBD产品


看过 Vishay SiC-SBD 的吊车性能参数表(见表1),你一定会得出结论——这乃是那颗满足“三高一低”标准的功率器件。


表1:Vishay SiC-SBD 产品主要特性


Vishay SiC-SBD是如何炼成的?


这样优异的性能是如何炼成的,下面我们就来细细品读。


首先。由于 SiC 具有10倍于 Si 材料的绝缘击穿电场,这表示即使采用 SBD 的结构,而不是更耐压的PN结,SiC-SBD 的反向耐压也可以做到 600V 上述,甚至可以做到数千伏。Vishay 的 SiC-SBD 暂定反向耐压就达到了 650V。


其次,SiC- SBD 同等继承了肖特基两极管高频高速的特性,原理上不会在电压正反转换时发生少数反中子存储积聚的现象,应用来高频场合不会有压力。


乃是 SiC 器件最为人叫好的功耗上的优势。


●    第一,由于 SiC-SBD 在反向恢复时没有PN结的电荷存储效应,只产生使结电压放电程度的小电流,所以与 FRD 相比,开关损耗大幅减少。

●    第二。一般高耐压功率器件的阻抗,主要有赖形成高绝缘击穿场强的漂移层的阻抗,与Si器件相比,SiC 能够以更高的杂质浓度和厚度更薄的漂移层实现足够的耐压特性,因此单位面积导通电阻非常低。带来更低的正向导通损耗。

●    第三,在反向漏电流方面,Vishay 的 SiC-SBD 也做得不错,可以有效控制反向损耗的大小。


Vishay的SiC-SBD再有一个特别值得一提的特性,乃是其通过采用独特的MPS(Merged PN Schottky)结构,为器件带来了更高的浪涌保护上海职业能力考试院。MPS 结构乃是在 SBD 的正极增加一个 PN 结,当器件通过高电流时,这个 PN 结通过注入少数反中子增加漂移区的导通性,进而将正向电压 VF 控制在低水平。这样做的效果触目,从图3中可以看到,一个“纯” SBD 进而正向电流 IF 的增加,正向电压 VF 会呈指数级增长;而采用 MPS 架构调整任务怎么做的 SBD 则不拘 IF 的高低。VF 都会保持在一个稳定的水平。显现出了极佳的浪涌保护上海职业能力考试院。


图2:纯SBD结构(左)与基于MPS工艺的SBD(右)的区别


图3:基于MPS工艺的SBD与纯SBD的浪涌保护上海职业能力考试院可比


面对驯化的需求


想必大家都已经对 SiC-SBD 在性能上的优势记忆深刻,但是当开辟者平台进行现实的技术决策时。SiC 器件的一个“不足”还是可能会让人踟蹰不前。那乃是——其成本相对较高。


SiC 还是一个可比新的领域,今天其技术和配套产业链理论的成熟度还无法与 Si 器件相比。这也就使得 SiC 器件在短期内还难于覆盖更全面的电力游离电子应用的要求,特别是那些效益成本比要求更高的应用。


也正是由于这个原因。尽管硅基功率器件已经越发接近其理论上的性能“天花板装修”,但是对其性能潜力深度挖掘的努力仍然没有停止。而且这同等也十分考验手机厂商实力。Vishay 在加快其 SiC 功率器件创新步伐的同时,也在不断巩固自身在硅基功率器件方面的优势,第5代 FRED Pt? 超快恢复两极管乃是其中的一个李斯的代表作。


图4:Vishay 600V 第5代 FRED Pt?超快恢复两极管


比如 Vishay 推出的 600V第5代 FRED Pt? 超快恢复两极管,支持 15A 至 75A 的电流,在一些特性上,具备了能够和 SiC-SBD 比肩的实力。


1,开关频率:该系列产品与同类产品相比,表现十分抢眼。比如 15A 的 VS-E5TX1506-M3 的反向恢复电荷仅为 578nC,反向恢复时间只需要 19nS。

2,功耗表现:第5代 FRED Pt?在开关损耗,正向损耗和反向损耗特性方面进行了系统性红斑狼疮图片的改进,因此在 50kHz 频率应用范围内,除了SiC器件。可以多一个高性价比高的手机的选择。

3,工作温度:这个系列的产品,可以支持与 SiC-SBD 相同的 175℃ 最高工作温度。

4。产品组合:600V 第5代 FRED Pt?系列产品中总括侧重更低的 Qrr和更短的 trr的 X 型器件,以及在正向导通压降上表现更好的 H 型器件,开辟者平台可以根据目标应用的要求进行灵活选择。目前该系列还可以提供契合 AEC-Q101 标准的车规级产品,这对汽车游离电子开辟者平台更是一个好消息。

 

表2:Vishay 600V 第5代 FRED Pt?超快恢复两极管系列产品特性


通过在硅基 FRD 和 SiC-SBD 两个技术路线上的并进。Vishay 可以针对驯化的需求,为开辟者平台提供更多的选择。不论是追求更高的性能,还是要求优异的成本效益。Vishay 都可以根据客户实际的要求,提供出色的铁饭碗式的歼敌方案的英文。



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