改進(jìn)JBS結(jié)構(gòu)以降低泄漏電流和提高浪涌電流能力

肖特基二極管（SBD）具有反向恢復(fù)時(shí)間（trr）短、正向電壓（VF）低等優(yōu)點(diǎn)，但也存在泄漏電流大等缺點(diǎn)。東芝的SiC SBD使用改進(jìn)的結(jié)構(gòu)克服了這個(gè)缺點(diǎn)。

JBS結(jié)構(gòu)降低泄漏電流（IR）

SBD是由半導(dǎo)體與金屬的接合形成的。由于半導(dǎo)體和金屬之間的勢(shì)壘不同，它起著二極管的作用。由于半導(dǎo)體-金屬界面上的分子結(jié)構(gòu)可能是不連續(xù)的，因此可能會(huì)出現(xiàn)表面不規(guī)則、晶體缺陷或其它異常現(xiàn)象。當(dāng)強(qiáng)電場(chǎng)作用于含有這些缺陷的半導(dǎo)體-金屬界面時(shí)，會(huì)有所謂的泄漏電流（IR）流動(dòng)。
在具有傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SBD中，耗盡區(qū)延伸到半導(dǎo)體側(cè)（如下所示），導(dǎo)致電荷（或電子）產(chǎn)生的電場(chǎng)在半導(dǎo)體-金屬界面處最強(qiáng)。

相反，在JBS二極管中，耗盡區(qū)延伸于部分埋在半導(dǎo)體表面下的p和n-區(qū)之間。當(dāng)反向偏壓增大時(shí)，p型耗盡區(qū)相互穿插，最大電場(chǎng)位置直接移動(dòng)到p區(qū)下面。這會(huì)減少可能存在缺陷的表面上的電場(chǎng)，從而減少泄漏電流。

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的SBD

JBS SBD

集成PiN肖特基（MPS）結(jié)構(gòu)提高浪涌電流能力

當(dāng)傳統(tǒng)的SBD正向偏置時(shí)，電流流過(guò)以下路徑：金屬 → 肖特基勢(shì)壘 → Si （n-） → Si（n+）。由于摻雜濃度較低，Si（n-）層電阻較大。因此，此SBD的IF-VF曲線如下所示。
SiC SBD的應(yīng)用包括PFC電路，PFC電路必須保證在大電流下工作，因?yàn)樗鼈冊(cè)?a target="_blank">電源接通和負(fù)載變化時(shí)都會(huì)瞬間暴露在大電流條件下。在這種情況下，具有如下所示的IF-VF曲線的SBD可能發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象。

通過(guò)傳統(tǒng)SBD的電流

傳統(tǒng)SBD的IF-VF曲線

為了解決這個(gè)問(wèn)題，東芝開(kāi)發(fā)了一種新的SBD，它采用改進(jìn)的JBS結(jié)構(gòu)，其中包含了集成PiN-肖特基（MPS）結(jié)構(gòu)的概念。MPS結(jié)構(gòu)是其p+區(qū)埋在SBD的n-區(qū)中，如下所示。在東芝的設(shè)計(jì)中，JBS結(jié)構(gòu)的部分p層（圖中陰影部分）被放大，這部分的雜質(zhì)濃度增加。p+區(qū)和n-區(qū)形成一個(gè)pn結(jié)二極管，在需要大電流（浪涌電流）時(shí)打開(kāi)。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，并增加最大允許浪涌電流值。

MPS結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在陽(yáng)極電極下方的p+–n-–n+結(jié)構(gòu)。

在低電流下，n-區(qū)通常具有高電阻。然而，當(dāng)SBD正向偏壓時(shí)，空穴和電子分別從p區(qū)和n區(qū)流入n-區(qū)，同時(shí)保持電中性。在這個(gè)時(shí)候，空穴和電子都存在于高濃度的n-區(qū)內(nèi)。因此，n-區(qū)將作為高摻雜濃度區(qū)域，特別是在高電流下，表現(xiàn)出非常低的電阻（傳導(dǎo)性調(diào)制）。因此，該SBD具有如下所示的IF-VF曲線，在高電流區(qū)域具有低VF。

文章轉(zhuǎn)載自：東芝