Schottky-diode av silisiumkarbid

Schottky-dioder av silisiumkarbid er et alternativ til konvensjonelle silisiumdioder, med lavere spenningsfall fremover og større toleranse for driftstemperaturer, i tillegg til at de kan skilte med høye reverserte gjennomslagsspenninger og bedre overspenningskapasitet enn vanlige silisiummodeller.

Bredbåndsgap-enheter kan brukes i applikasjoner med hard switching, som ladestasjoner for elbiler, avbruddsfrie strømforsyninger (UPS-er) og motordrifter. I tillegg reduserer de elektromagnetisk interferens og støyforurensning.

Rask koblingshastighet

Schottky-dioder av silisiumkarbid er hurtigkoblingsenheter som har blitt en mye brukt komponent i elektroniske kretsdesign. Disse diodene har høyere koblingshastigheter og bedre varmeledningsevne enn sine silisiumbaserte motstykker, og de kan også skilte med lavere forspenningsfall, bedre strømstabilitet og overspenningsegenskaper som overgår silisiummotstykkene.

Schottky-dioder av silisiumkarbid har også en mye høyere reverseringsspenning enn tilsvarende dioder av silisium, noe som gjør dem egnet til bruk i kraftsystemer med potensielle reverseringsspenningsnivåer på flere tusen volt eller mer. Dette gjør at konstruktører kan unngå ekstra beskyttelsestiltak som snubberkretser.

Unipolare Schottky-dioder av silisium tåler vanligvis bare opp til 200 V reverseringsspenning, men Schottky-dioder av silisiumkarbid tåler spenninger helt opp til 1,2 kV og høyere, avhengig av diodetype - noe som gir mye større kapasitet for reverseringsspenning og gjør dem mye mer allsidige enn silisiumversjoner i mange bruksområder der silisiumdioder ikke ville vært tilstrekkelige.

Schottky-dioder i silisiumkarbid har raskere koblingshastigheter som muliggjør en betydelig reduksjon av komponentstørrelsen, noe som fører til lavere komponentpriser, økt effektivitet og mindre fotavtrykk for elektroniske kretsdesign. Disse diodene gjør det dessuten enklere å bruke høyere hastigheter i mer komplekse høyfrekvente elektronikkdesign.

Galaxy Microelectronics presenterte nylig en serie 650 V og 1200 V Schottky-barrieredioder i silisiumkarbid (SiC) som er spesielt utviklet for å møte behovene til designere av strømkonverteringskretser for solcellesystemer, kraftsystemer for elektriske kjøretøy, radiofrekvensdetektorer og radiofrekvensdetektorer. Disse enhetene har lavt ledningstap med temperaturuavhengig null reverseringsevne og positive temperaturkoeffisientverdier (TJC). I tillegg har de robust skredytelse, noe som begrenser behovet for ekstra beskyttelsesenheter eller -kretser for konstruktører.

Lavt spenningsfall fremover

Schottky-dioder av silisiumkarbid (SiC) er unipolare halvlederkomponenter med raskere koblingshastigheter og lavere spenningsfall fremover enn sine motstykker av silisium, noe som gjør dem egnet for effekthalvledere som opererer ved høye temperaturer. Det er imidlertid visse begrensninger som må tas i betraktning ved utforming av kretser, for eksempel at de må ha kort reverseringstid for å minimere energitap.

Korte reverseringstider gjør at enhetene kan veksle raskt mellom ledende og ikke-ledende tilstander, og bidrar også til å redusere EMI-støy og parasittstrømmer som ellers kan skade dioder og tyristorbroer. Korte reverseringstider gjør det dessuten mulig å forlenge reverseringsperioden (POR) for dioder og tyristorbroer.

SiC Schottky-dioder har lavt spenningsfall i forspenningen på grunn av den smale depletionssonen. Denne egenskapen gjør dioden mindre kapasitiv enn P-N-overgangsdioder, noe som gjør dem uunnværlige for høyhastighetssvitsjingsapplikasjoner og bidrar til å forhindre at ringestøy eller kapasitiv støy kommer inn i signalveiene.

SiC Schottky-dioder har lav on-state-motstand og temperaturuavhengig null-reversering - to egenskaper som gjør dem til et utmerket valg for høyhastighets koblingsapplikasjoner som buck boost-omformere. Galaxy microelectronics presenterte nylig 650 V og 1200 V Schottky-dioder i silisiumkarbid (SiC), som er et utmerket tilskudd til design av kraftkonverteringssystemer.

Lekkasjestrømmer i SiC Schottky-dioder skyldes ufullkommenheter i grensesnittet mellom metall og halvleder, men kan reduseres med tykkere driftlag - noe som imidlertid øker den ohmske og termiske motstanden i enheten. Nexperia har utviklet en hybridstruktur for å løse dette problemet ved å kombinere Schottky- og P-N-dioder i én og samme pakke, noe som reduserer lekkasjestrømmen betydelig og forbedrer påliteligheten ved høye temperaturer. Denne designen kan skilte med en betydelig reduksjon i lekkasjestrømmen, samtidig som påliteligheten ved høye temperaturer forbedres.

Høy gjennomslagsspenning

Schottky-dioder av silisiumkarbid har høy gjennomslagsspenning, noe som gjør dem egnet til bruk i kraftutstyr som motordrifter og LED-drivere, som opererer ved høye frekvenser som krever høyere gjennomslagsspenning enn tradisjonelle silisiumdioder. SiCs brede båndgap bidrar dessuten til å øke effektiviteten og hastigheten. Det høyere smeltepunktet gjør dessuten materialet egnet for bruk i en rekke ulike miljøer.

Schottky-dioder av silisiumkarbid har et bredt båndgap og svært lav on-state-motstand, noe som gjør dem egnet for applikasjoner med rask omstilling. Driften er avhengig av at metallkontakter legges på halvledermaterialet for å øke elektronstrømmen gjennom overgangen. I motsetning til vanlige PN-dioder, som slipper gjennom både elektroner og hull samtidig, slipper dette arrangementet bare gjennom elektroner, noe som øker koblingshastigheten betydelig. I tillegg har de lav innkoblingsspenning, slik at de er enkle å slå av og på.

Denne designen drar også nytte av det tynnere substratlaget, som skaper en bedre termisk bane mellom krysskoblingen og kabinettets lead-frame eller deksel, noe som reduserer den termiske motstanden. Denne reduksjonen kan bidra til å redusere strømforbruket og forbedre enhetens pålitelighet ved at den er mindre utsatt for elektrostatiske utladninger (ESD) og overspenninger som kan skade den.

Schottky-dioder av silisiumkarbid skiller seg ut med sin overlegne elektriske feltstyrke, som gjør at de kan håndtere høyere spenninger enn tradisjonelle silisiumdioder. I tillegg kan de produseres med tynnere og større driftlag for raskere responstid, og den overlegne varmeledningsevnen gjør at de kan håndtere høyere overspenningsnivåer enn tradisjonelle silisiumdioder.

Lav lekkasjestrøm

SiC Schottky-dioder har lave lekkasjestrømnivåer, noe som gjør dem til det perfekte valget for strømlikretterkretser i mange bruksområder. Den høyere driftstemperaturen og raskere koblingshastigheten gjør det mulig å bruke dem ved høyere frekvenser med lavere EMI-nivåer - ideelt for strømforsyninger eller motordrifter som trenger pålitelige likerettere.

SiC-dioder har høy strømtetthet, noe som gjør at de kan overføre mer strøm med mindre krysningsstørrelser, noe som fører til redusert total motstand og varmetap og lavere effekttap, noe som forbedrer strømeffektiviteten og samtidig øker påliteligheten.

SiC Schottky-dioder er ideelle for bruksområder der effektivitet er av største betydning, inkludert solcelleomformere og elbilladere. MPS-designet gjør det også enklere å veksle mellom fullbro- og halvbro-likeretterkonfigurasjoner i strømforsyningsdesign - noe som reduserer kompleksiteten og samtidig øker utgangseffekten.

SiC-dioder har større overspenningsstrømkapasitet enn sine motstykker i silisium, noe som gjør dem spesielt egnet for PFC-funksjoner (Power Factor Correction) som finnes i UPS-er og solcelleomformere. MPS-designet gir designingeniører større frihet når de skal optimalisere systemer for solcelleomformere og elbilladere, samtidig som det kreves mindre kjøleribber og filtre, og det lave tapet og den raske koblingshastigheten bidrar til å redusere EMI-støy.

Høy varmeledningsevne

Silikonkarbiddioder har lenge vært anerkjent for sin eksepsjonelle varmeledningsevne, og denne egenskapen er en av de viktigste grunnene til at de kan brukes i kraftapplikasjoner. Ved å operere ved høyere temperaturer enn tradisjonelle silisiumdioder kan silisiumkarbiddioder redusere effekttapene og forbedre effektiviteten, samtidig som de opererer med høyere koblingsfrekvenser, slik at de kan håndtere mer strøm med mindre fysiske fotavtrykk.

Schottky-dioder av silisiumkarbid har også høyere strømtetthet enn sine motstykker av silisium, noe som gjør dem i stand til å overføre mer strøm og håndtere høyere overspenninger mer effektivt enn silisiummodeller. I tillegg har de lavere spenningsfall i forspenningen - noe som ikke bare bidrar til å redusere energiforbruket, men også til å senke temperaturen i selve enheten.

Schottky-dioder er halvlederkomponenter som består av to deler: en metallkontakt og et lett dopet silisiumlag. Når dioden tilføres en positiv spenning, dannes det et elektrisk felt som fører til at elektroner fra metallkontakten injiseres i silisiumet gjennom et elektrostatisk felt, og den fotoelektriske effekten utnyttes til å konvertere majoritetsbærere tilbake til frie elektroner mye raskere enn i en vanlig P-N-overgangsdiode.

Denne elektriske kretsen gir et svært minimalt spenningsfall fremover når enheter slås av og på regelmessig, for eksempel motorer eller lysdioder. Et lavt spenningsfall i forspenningen muliggjør også høyere frekvenser, noe som forbedrer ytelsen og reduserer effekttapet, og sikrer jevn strøm over et bredt temperaturområde.