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改進JBS結構以降低泄漏電流和提高浪湧電流能力

發布時間：2021-09-01 來源：東芝責任編輯：wenwei

【導讀】肖特基二極管（SBD）具有反向恢複時間（t_rr）短、正向電壓（V_F）低等優點，但也存在泄漏電流大等缺點。東芝的SiC SBD使用改進的結構克服了這個缺點。

JBS結構降低泄漏電流（I_R）

SBD是由半導體與金屬的接合形成的。由於半導體和金屬之間的勢壘不同，它起著二極管的作用。由於半導體-金屬界麵上的分子結構可能是不連續的，因此可能會出現表麵不規則、晶體缺陷或其它異常現象。當強電場作用於含有這些缺陷的半導體-金屬界麵時，會有所謂的泄漏電流（I_R）流動。

在具有傳統結構的SBD中，耗盡區延伸到半導體側（如下所示），導致電荷（或電子）產生的電場在半導體-金屬界麵處最強。

相反，在JBS二極管中，耗盡區延伸於部分埋在半導體表麵下的p和n^-區之間。當反向偏壓增大時，p型耗盡區相互穿插，最大電場位置直接移動到p區下麵。這會減少可能存在缺陷的表麵上的電場，從而減少泄漏電流。

傳統結構的SBD

JBS SBD

集成PiN肖特基（MPS）結構提高浪湧電流能力

當傳統的SBD正向偏置時，電流流過以下路徑：金屬 → 肖特基勢壘 → Si （n^-） → Si（n⁺）。由於摻雜濃度較低，Si（n^-）層電阻較大。因此，此SBD的I_F-V_F曲線如下所示。

SiC SBD的應用包括PFC電路，PFC電路必須保證在大電流下工作，因為它們在電源接通和負載變化時都會瞬間暴露在大電流條件下。在這種情況下，具有如下所示的I_F-V_F曲線的SBD可能發生過熱現象。

通過傳統SBD的電流

傳統SBD的I_F-V_F曲線

為了解決這個問題，東芝開發了一種新的SBD，它采用改進的JBS結構，其中包含了集成PiN-肖特基（MPS）結構的概念。MPS結構是其p⁺區埋在SBD的n^-區中，如下所示。在東芝的設計中，JBS結構的部分p層（圖中陰影部分）被放大，這部分的雜質濃度增加。p⁺區和n^-區形成一個pn結二極管，在需要大電流（浪湧電流）時打開。這增加了SBD的載流能力，因此即使在大電流下也能降低正向電壓的升高，並增加最大允許浪湧電流值。

MPS結構的特點是在陽極電極下方的p⁺–n^-–n⁺結構。

在低電流下，n^-區通常具有高電阻。然而，當SBD正向偏壓時，空穴和電子分別從p區和n區流入n^-區，同時保持電中性。在這個時候，空穴和電子都存在於高濃度的n^-區內。因此，n^-區將作為高摻雜濃度區域，特別是在高電流下，表現出非常低的電阻（傳導性調製）。因此，該SBD具有如下所示的I_F-V_F曲線，在高電流區域具有低V_F。

文章轉載自：東芝

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