Ventajas de los diodos de carburo de silicio

El carburo de silicio (SiC) es un semiconductor de banda ancha que se encuentra en la naturaleza en forma de joyas de moissanita y se produce en masa como polvo o cristal para ser utilizado como abrasivo.

Los diodos Schottky de SiC son ideales para aplicaciones de conversión de potencia, ya que ofrecen ventajas sobre los diodos de silicio convencionales. Siga leyendo para descubrir sus principales ventajas:.

Mayor velocidad de conmutación

Los diodos unipolares de silicio tienen un límite superior de 150 V debido a su elevada resistencia en estado encendido y corriente de fuga; en comparación, los diodos Schottky de SiC ofrecen una resistencia específica en estado encendido mucho menor y una tensión de bloqueo mucho mayor, lo que proporciona una mayor velocidad de conmutación en los dispositivos de electrónica de potencia.

El SiC es conocido por su amplio bandgap, que permite a los transistores manejar con facilidad campos eléctricos más elevados, posibilitando operaciones de conmutación más rápidas y fiables. Además, su menor resistencia específica en estado encendido contribuye a reducir las pérdidas de energía a velocidades más altas para aumentar el rendimiento de la conmutación.

La menor resistencia en estado encendido y la mayor velocidad de conmutación de los MOSFET de SiC también permiten a los diseñadores mejorar la eficiencia utilizando componentes más pequeños en la placa de circuito impreso, lo que resulta perfecto para aplicaciones con limitaciones de espacio.

Los dispositivos de SiC aprovechan la alta velocidad de deriva del portador de campo para eliminar rápidamente las cargas minoritarias de su región de deriva, lo que conduce a una mayor velocidad de conmutación y reduce los costes de la lista de materiales al eliminar los circuitos snubber en los diseños de electrónica de potencia.

Los circuitos amortiguadores son circuitos de absorción de energía diseñados para absorber los picos de tensión causados por la conexión o desconexión de diodos. Aunque son necesarios en muchas aplicaciones, los circuitos amortiguadores añaden complejidad y coste al requerir componentes adicionales como resistencias y condensadores que aumentan el tamaño del sistema.

La tecnología de compuerta planar asistida por zanja de GeneSiC ofrece un RDS(ON) y una velocidad de conmutación líderes del sector en un encapsulado extremadamente compacto y resistente, lo que proporciona la máxima fiabilidad para aplicaciones críticas como la carga de vehículos eléctricos, inversores solares, fuentes de alimentación para centros de datos/telco y sistemas de almacenamiento de energía. Estos dispositivos pueden soportar las temperaturas extremas que se encuentran en estas aplicaciones sin aumentar el tamaño de la huella ni disminuir la fiabilidad del sistema: una solución excelente para aumentar la densidad de potencia sin disminuir el tamaño de la huella ni el tiempo de actividad del sistema.

Menor caída de tensión directa

Los diodos de carburo de silicio tienen caídas de tensión de avance mucho menores que sus homólogos de silicio, lo que permite mayores flujos de corriente a través de dispositivos más pequeños, a la vez que disminuye la disipación de potencia, así como el tamaño y el peso de los componentes.

Los diodos de barrera Schottky presentan una resistencia intrínseca más baja que los dispositivos de potencia unipolares de silicio tradicionales, lo que reduce la caída de tensión. Su estructura incluye contactos metálicos fabricados a partir de platino (Pt) o titanio (Ti) sobre un material semiconductor de SiC de tipo n que crea un contacto rectificador entre ánodo y cátodo, permitiendo que la corriente fluya en una sola dirección.

La capacidad de alta velocidad de los dispositivos de potencia de carburo de silicio también les permite reducir los requisitos del circuito amortiguador en determinadas aplicaciones, lo que se traduce en una reducción de los costes del sistema y una mayor eficiencia.

Los dispositivos de potencia de carburo de silicio ofrecen importantes ventajas de fiabilidad para diversas aplicaciones. Los diodos de cuerpo de carburo de silicio, en particular, tienen la capacidad de soportar temperaturas más elevadas que sus homólogos MOSFET de potencia y transistores bipolares convencionales, lo que permite frecuencias de conmutación más altas sin aumentar las pérdidas de potencia ni la generación de calor.

Los dispositivos de alimentación de carburo de silicio MPS de Nexperia ofrecen mayores velocidades de conmutación, mejor conductividad térmica y menor caída de tensión directa en comparación con las soluciones de la generación anterior. Además, sus tiempos de recuperación y corriente de fuga inversa son considerablemente más rápidos, lo que permite una mayor transferencia de energía del ánodo al cátodo durante el funcionamiento normal.

Estos dispositivos se presentan en encapsulados con orificios pasantes y de montaje en superficie y van de 4 A a 40 A, con opciones para diversas temperaturas. Para garantizar su robustez en los campos de potencia más exigentes, estos productos han superado tanto pruebas de polarización inversa a altas temperaturas como pruebas de ciclos de temperatura.

Mayor capacidad de transporte de corriente

Los diodos son dispositivos semiconductores fundamentales que permiten que la corriente fluya en una dirección mientras la restringen en otra, lo que los convierte en uno de los inventos más revolucionarios de la historia. Los diodos están presentes en prácticamente todos los componentes electrónicos y tienen numerosos usos que van desde las fuentes de alimentación que convierten la energía de CA en CC para su uso, pasando por la detección de picos de señales de radio AM, hasta la creación de puertas lógicas básicas.

Los diodos Schottky de SiC funcionan mediante una unión metal-semiconductor conocida como barrera Schottky. Cuando se deposita metal (normalmente aluminio o platino) sobre la superficie de SiC, se forma una barrera Schottky que permite el paso de corriente en cualquier dirección a través del diodo. A diferencia de los diodos de unión P-N, que presentan una región de agotamiento, los diodos de SiC ofrecen barreras Schottky mucho más finas, lo que se traduce en una mayor capacidad de transporte de corriente que los diodos de unión P-N.

Los diodos Schottky producen grandes cantidades de calor cuando se exponen a una corriente elevada, lo que les lleva a generar un calor joule significativo y a que el dispositivo se caliente rápidamente; este fenómeno se conoce como efecto de portador caliente y, en última instancia, podría provocar el fallo del dispositivo si no se gestiona adecuadamente.

Nexperia ofrece diodos Schottky de SiC que han sido específicamente diseñados para obtener el máximo rendimiento y fiabilidad para reducir este riesgo, ofreciendo menores picos de corriente inversa que los diodos de silicio tradicionales y conmutación de recuperación cero con menor pérdida de conmutación para optimizar la eficiencia del circuito de conversión de potencia. Junto con la figura de mérito superior de Nexperia (Qc x VF), esto proporciona a los diseñadores aplicaciones de rendimiento de conversión de potencia sin precedentes.

Mayor tensión de ruptura

Los diodos de carburo de silicio presentan altas tensiones de ruptura que permiten a los diseñadores utilizarlos en aplicaciones de potencia con corrientes más altas y pueden conmutarse a temperaturas más elevadas para aumentar la eficiencia de los diseños.

Las tecnologías de semiconductores de banda prohibida ancha, como el SiC, se utilizan cada vez más en aplicaciones de electrónica de potencia, lo que lleva a los fabricantes a aumentar la frecuencia y duración de las pruebas de resistencia para garantizar que estos dispositivos sobrevivan en condiciones duras y sigan funcionando de forma fiable durante periodos prolongados.

Estas pruebas suelen implicar la exposición a altas temperaturas y ciclos de corriente severos para examinar la capacidad de un dispositivo para soportar ciclos repetidos y temperaturas extremas sin fallar. En función de su rendimiento durante estas pruebas, puede determinarse su idoneidad para aplicaciones específicas o deben introducirse las mejoras pertinentes.

A medida que aumenta la demanda de dispositivos semiconductores de banda ancha, los ingenieros buscan formas de reducir el coste y el tamaño sin perder fiabilidad. Una de ellas es sustituir los componentes de potencia de silicio por diodos Schottky de carburo de silicio (SiC), cuya mayor tensión de bloqueo permite a los diseñadores construir sistemas más pequeños y eficaces.

Para conseguir una tensión de bloqueo elevada, los dispositivos de SiC necesitan capas n 10 veces más finas que los diodos de silicio, con una resistencia específica en estado encendido más baja y una mayor densidad de donantes.

Microsemi ofrece una amplia gama de diodos de potencia de barrera Schottky de carburo de silicio adecuados para aplicaciones de alta tensión, incluidos sencillos, dobles y puentes en varios paquetes. Estos diodos Schottky son adecuados para aplicaciones como:

Mejor conductividad térmica

Los diodos y transistores de carburo de silicio se benefician de una conductividad térmica superior para disipar eficazmente el calor a temperaturas más elevadas, lo que ayuda a reducir las pérdidas de potencia al tiempo que amplía su rango de temperatura de funcionamiento. Como resultado, los dispositivos de carburo de silicio son ideales para aplicaciones de potencia en las que es fundamental funcionar a temperaturas elevadas sin afectar a la fiabilidad.

Los diodos de barrera Schottky de SiC funcionan sobre la base de la unión de barrera Schottky, una unión metal-semiconductor creada cuando se deposita aluminio o platino sobre un sustrato de SiC para formar una barrera Schottky. Al no existir una región de agotamiento como en los diodos P-N tradicionales, la caída de tensión directa y la velocidad de conmutación se reducen considerablemente y la conmutación es más rápida.

Los diodos de SiC son más resistentes al calor que sus homólogos de silicio, lo que los convierte en una opción fiable para aplicaciones que pueden ser susceptibles de sufrir daños por eventos térmicos transitorios, como los centros de datos que utilizan medidas drásticas para proteger los servidores, como sumergirlos en agua salada o cubrirlos de nieve para protegerlos del calor.

Los avanzados diodos de recuperación rápida de SiC de Nexperia presentan un diseño innovador que elimina la necesidad de amortiguadores en sus dispositivos, que de otro modo podrían causar zumbidos y oscilaciones cuando se utilizan en diseños de potencia de alta frecuencia. Además, su mayor capacidad de transporte de corriente y su mayor tensión de ruptura los hacen adecuados para funcionar a frecuencias y temperaturas más altas que los diodos de silicio estándar.

El carburo de silicio (SiC) ofrece muchas ventajas a las aplicaciones de potencia, desde una mayor eficiencia y fiabilidad hasta una mayor densidad de potencia en encapsulados similares. Los expertos de Wolfspeed están a su disposición para ayudarle a seleccionar los MOSFET de SiC y diodos Schottky adecuados para cualquier aplicación.