Schottky-diode af siliciumkarbid

Schottky-dioder af siliciumcarbid er et alternativ til konventionelle siliciumenheder, idet de har lavere fremadrettede spændingsfald og større tolerance over for driftstemperaturer, ud over at de har høje omvendte nedbrydningsspændinger og giver bedre overspændingsstrømskapacitet end almindelige siliciummodeller.

Enheder med bredt båndgab kan bruges i applikationer med hård omskiftning som ladestationer til elbiler, UPS'er (uninterruptible power supplies) og motordrev; desuden reducerer de støjniveauet for elektromagnetisk interferens og støjforurening.

Hurtig skiftehastighed

Schottky-dioder af siliciumcarbid er hurtigkoblende enheder, der er blevet en meget anvendt komponent i elektroniske kredsløbsdesign. Disse dioder har højere skiftehastigheder og overlegen varmeledningsevne sammenlignet med deres siliciumbaserede modstykker, og de har også lavere forspændingsfald, bedre strømstabilitetsniveauer og overspændingsmodstandsevne, der overgår deres siliciummodstykker.

Schottky-dioder af siliciumcarbid har også en meget højere nedbrydningsspænding i modsat retning end deres modstykker af silicium, hvilket gør dem velegnede til brug i kraftsystemer med potentielle spændingsniveauer i modsat retning på flere tusinde volt eller mere. Det gør det muligt for designere at undgå yderligere beskyttelsesforanstaltninger som snubber-kredsløb.

Unipolære Schottky-dioder af silicium tåler typisk kun op til 200 V i omvendt nedbrydningsspænding; men Schottky-dioder af siliciumkarbid kan tåle spændinger på helt op til 1,2 kV og derover, afhængigt af diodetypen - hvilket giver meget større muligheder for omvendt nedbrydningsspænding, som gør dem meget mere alsidige end siliciumversioner i mange applikationer, hvor siliciumversioner ikke ville være tilstrækkelige.

Schottky-dioder af siliciumcarbid har hurtigere skiftehastigheder, der muliggør en betydelig reduktion af komponentstørrelsen, hvilket fører til lavere komponentpriser, øget effektivitet og mindre fodaftryk for elektroniske kredsløbsdesign. Desuden gør disse dioder drift ved højere hastigheder enklere for mere komplekse højfrekvente elektronikdesigns.

Galaxy Microelectronics har for nylig præsenteret en serie 650V og 1200V Schottky-barrieredioder i siliciumcarbid (SiC), der er specielt designet til at opfylde behovene hos designere af strømkonverteringskredsløb til solcellesystemer, elbilsystemer, radiofrekvensdetektorer og radiofrekvensdetektorer. Disse enheder har lavt ledningstab med temperaturuafhængig nul-reverse-genoprettelse samt positive temperaturkoefficientværdier (TJC); desuden har de en robust lavinegenskab, som begrænser behovet for yderligere beskyttelsesenheder eller -kredsløb hos konstruktørerne.

Lavt fremadrettet spændingsfald

Schottky-dioder af siliciumcarbid (SiC) er unipolære halvlederenheder med hurtigere skiftehastigheder og lavere fremadrettede spændingsfald end deres modstykker af silicium, hvilket gør dem velegnede til effekthalvledere, der arbejder ved høje temperaturer. Der er dog visse begrænsninger, der skal tages i betragtning, når man designer kredsløb; f.eks. skal man sikre, at deres reverse recovery-tid er kort for at minimere energitab.

Korte reverseringstider gør det muligt for enheder at skifte hurtigt mellem ledende og ikke-ledende tilstande og hjælper også med at reducere EMI-støj og parasitstrømme, der ellers kunne beskadige dioder og tyristorbroer. Korte gendannelsestider muliggør desuden længere POR-perioder (point-of-reversal) for dioder og tyristorbroer.

SiC Schottky-diodernes lave fremadrettede spændingsfald kan tilskrives deres smalle depletionszone. Denne egenskab gør dioden mindre kapacitiv end P-N junction-dioder, hvilket gør dem vigtige for højhastigheds-switching-applikationer og hjælper med at forhindre ringestøj eller kapacitiv støj i at komme ind i signalvejene.

SiC Schottky-dioder har lav on-state-modstand og temperaturuafhængig nul-reversering - to egenskaber, der gør dem til et fremragende valg til højhastigheds-switching-applikationer som f.eks. buck boost-omformere. Galaxy microelectronics afslørede for nylig 650V og 1200V siliciumcarbid (SiC) Schottky dynoder, som er en fremragende tilføjelse til design af effektkonverteringssystemer.

Lækstrømme i SiC Schottky-dioder skyldes ufuldkommenheder i grænsefladen mellem metal og halvleder, men kan mindskes med tykkere driftlag - men det øger den ohmske og termiske modstand i enheden. Nexperia har udviklet en hybridstruktur til at løse dette problem ved at kombinere Schottky- og P-N-dioder i én indkapsling, hvilket reducerer lækstrømmen betydeligt og forbedrer pålideligheden ved høje temperaturer. Dette design kan prale af en betydelig reduktion i lækstrømmen, samtidig med at det forbedrer pålideligheden ved høje temperaturer.

Høj nedbrydningsspænding

Schottky-dioder af siliciumcarbid har høje nedbrydningsspændinger, som gør dem velegnede til brug i strømforsyninger som motordrev og LED-drivere, der arbejder ved høje frekvenser, som kræver højere diode-nedbrydningsspændinger end traditionelle siliciumdioder. Desuden er SiC's brede båndgab med til at øge effektiviteten og hastigheden. Desuden gør det højere smeltepunkt dette materiale velegnet til brug i en lang række miljøer.

Schottky-dioder af siliciumkarbid har et bredt båndgab og meget lav on-state-modstand, hvilket gør dem velegnede til applikationer med hurtig omstilling. De fungerer ved, at der lægges metalkontakter på halvledermaterialet for at få flere elektroner til at strømme gennem forbindelsen; i modsætning til almindelige PN-dioder, der tillader både elektroner og huller at strømme igennem samtidig, tillader dette arrangement kun elektroner at strømme igennem, hvilket øger skiftehastigheden betydeligt. Desuden har de en lav tændspænding, så de er nemme at tænde og slukke.

Dette design drager også fordel af det tyndere substratlag, som skaber en forbedret termisk vej mellem junction og pakkens lead-frame eller kabinet, hvilket mindsker den termiske modstand. Dette fald kan hjælpe med at sænke strømforbruget og forbedre enhedens pålidelighed ved at være mindre modtagelig for elektrostatisk udladning (ESD) og overspændingshændelser, der kan beskadige den.

Schottky-dioder af siliciumcarbid skiller sig ud på grund af deres overlegne elektriske feltstyrke, som gør dem i stand til at håndtere højere spændinger end traditionelle siliciumdioder. Desuden kan de fremstilles med tyndere og større driftlag for hurtigere responstid, og deres overlegne varmeledningsevne gør dem i stand til at håndtere højere strømniveauer end traditionelle siliciumdioder.

Lav lækagestrøm

SiC Schottky-dioder har lave lækstrømniveauer, hvilket gør dem til det perfekte valg til strømretterkredsløb i mange anvendelser. Deres højere driftstemperatur og hurtigere skiftehastighed muliggør applikationer med højere frekvens og lavere EMI-niveauer - ideelt til strømforsyninger eller motordrev, der har brug for pålidelige ensrettere.

SiC-dioder har en høj strømtæthed, som gør det muligt for dem at føre mere strøm med mindre krydsningsstørrelser, hvilket fører til reduceret total modstand og varmeafledningstab og lavere effekttab, som forbedrer energieffektiviteten og samtidig øger pålideligheden.

SiC Schottky-dioder er ideelle til anvendelser, hvor effektivitet er af største vigtighed, herunder solcelleinvertere og elbilopladere. Deres MPS-design gør det også lettere at skifte mellem fuldbro- og halvbro-ensretterkonfigurationer i strømforsyningsdesigns - hvilket mindsker kompleksiteten og samtidig øger udgangseffekten.

SiC-dioder har større kapacitet for overspændingsstrøm end deres modstykker af silicium, hvilket gør dem særligt velegnede til PFC-funktioner (power factor correction) i UPS'er og solcelleinvertere. Deres MPS-design giver designingeniører større frihed, når de optimerer systemer til solcelleinvertere og elbilopladere, samtidig med at de kræver mindre kølelegemer og filtre; desuden er deres lave tab og hurtige skiftehastighed med til at reducere EMI-støj.

Høj varmeledningsevne

Siliciumcarbiddioder har længe været anerkendt for deres enestående varmeledningsevne, og denne egenskab er en af de primære grunde til, at de kan bruges i strømforsyningsapplikationer. Ved at fungere ved højere temperaturer end traditionelle siliciumenheder kan siliciumcarbid-enheder reducere effekttab og forbedre effektiviteten, samtidig med at de fungerer med højere skiftefrekvenser, så de kan håndtere mere strøm med mindre fysiske fodaftryk.

Schottky-dioder af siliciumcarbid har også højere strømtæthed sammenlignet med deres modstykker af silicium, hvilket gør dem i stand til at føre mere strøm og håndtere højere overspændinger mere effektivt end siliciummodeller. Desuden er deres fremadrettede spændingsfald lavere - hvilket ikke kun hjælper med at spare på energiomkostningerne, men også ved at sænke temperaturen i selve enheden.

Schottky-dioder er halvlederkomponenter, der består af to dele: en metalkontakt og et let doteret siliciumlag. Når der tilføres positiv spænding, dannes der et elektrisk felt, som får elektroner fra metalkontakten til at blive injiceret i silicium gennem et elektrostatisk felt, og den fotoelektriske effekt udnyttes til at omdanne majoritetsbærere tilbage til frie elektroner meget hurtigere end i en almindelig P-N-overgangsdiode.

Dette elektriske kredsløb producerer et meget minimalt fremadrettet spændingsfald, når enheder tændes og slukkes regelmæssigt, f.eks. motorer eller LED'er. Et lavt fremadrettet spændingsfald muliggør også højere driftsfrekvenser, hvilket forbedrer ydeevnen og mindsker strømtabet; desuden sikrer det ensartet strøm over et bredt temperaturområde.