一文读懂 SiC 肖特基势垒二极管：特性、优势与发展突破

发布时间：2025-01-24

来源：罗姆半导体社区 (https://rohm.eefocus.com)

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在半导体技术蓬勃发展的浪潮中，SiC功率器件逐渐成为行业焦点，其中采用 TO - 220FM 封装的 650V 的 SiC 肖特基势垒二极管更是凭借其独特性能脱颖而出。SiC，也就是碳化硅，作为一种化合物半导体，在热、化学和机械稳定性方面表现卓越。与传统的硅（Si）材料相比，它具有众多令人瞩目的物理特性。其绝缘击穿场强约为 Si 的 10 倍，这使得在保证耐压的情况下，SiC 所需的膜的施主浓度更高，膜厚更薄，进而能够制造出单位面积电阻极低的高耐压产品。同时，SiC 的带隙比 Si 宽约 3 倍，热导率高约 3 倍，这些特性为高性能功率元器件的研发奠定了坚实基础。而 SiC 肖特基势垒二极管，更是充分利用了 SiC 材料的优势，展现出恢复时间短等一系列独特性能优势，在功率半导体领域占据了重要地位。

基于 SiC 材料制成的肖特基势垒二极管，也就是 SiC 肖特基势垒二极管，展现出了独特的性能优势。从电流传导机制来看，它和 Si 肖特基势垒二极管一样，属于多数载流子器件，电流通过多数载流子的移动来实现传导。不过，SiC 肖特基势垒二极管的厚度更薄，这是因为其确保耐压所需的膜厚较薄，从而实现了更低的阻值。在耐压性能上，Si 肖特基势垒二极管在实际应用中的耐压极限大约为 200V，而 SiC 肖特基势垒二极管的耐压表现更为出色，部分已量产产品最高耐压可达 1700V，并且研发人员还在不断探索更高耐压的产品。

恢复特性是衡量二极管性能的重要指标之一，SiC 肖特基势垒二极管在这方面表现卓越。与 Si-FRD 相比，其恢复特性显著优异，并且几乎没有温度依赖性。Si-FRD 依靠少数载流子实现低阻值下的导通工作，但在关断时，少数载流子会形成恢复电流，带来开关损耗。而 SiC 肖特基势垒二极管作为多数载流子器件，原理上不存在这种恢复工作，仅存在由元器件结电容带来的恢复电流，这不仅大幅降低了恢复损耗，有助于提高设备的效率，还因恢复电流较小，有利于降低噪声，减少相关对策部件，进一步缩减电路规模。

正向电压（VF）特性方面，SiC 肖特基势垒二极管也与 Si-FRD 有所不同。Si-FRD 随着温度升高电阻下降，VF 降低，而 SiC 肖特基势垒二极管则是温度升高时 VF 也升高。这一特性虽然存在利弊，但在并联使用二极管时，SiC 肖特基势垒二极管的 VF 升高特性能够使电流平衡，避免像 Si-FRD 那样因电流偏差导致热失控，在可并联连接二极管方面具有优势。

然而，SiC 肖特基势垒二极管并非十全十美，与 Si-FRD 相比，其抗浪涌电流性能较差。为了攻克这一难题，行业不断探索创新，第三代 SiC 肖特基势垒二极管应运而生。它不仅保留了低 VF 特性，还显著提高了抗浪涌电流性能，同时改善了漏电流特性。这些优化使得采用 SiC 功率元器件的客户群体有望进一步扩大。

SiC 肖特基势垒二极管凭借其独特的材料优势和性能特点，在功率元器件领域占据了重要地位。尽管它还存在一些需要改进的地方，但随着技术的不断进步，如第三代产品的推出，其性能得到了进一步优化和提升。未来，随着研发的深入，SiC 肖特基势垒二极管有望在更多领域得到广泛应用，为半导体行业的发展注入新的活力，推动相关产业朝着更高效率、更小体积的方向不断迈进。

关键词：SiC（碳化硅）肖特基势垒二极管Bare Die

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