Schottkyho dióda z karbidu kremíka

Schottkyho diódy z karbidu kremíka ponúkajú alternatívu k bežným kremíkovým zariadeniam, pretože sa môžu pochváliť nižšími poklesmi napätia v priamom smere a väčšou toleranciou prevádzkových teplôt, okrem toho sa môžu pochváliť vysokým spätným prierazným napätím a poskytujú lepšiu schopnosť nárazového prúdu ako bežné kremíkové modely.

Zariadenia so širokou pásmovou medzerou sa dajú využiť v aplikáciách s tvrdým spínaním, ako sú nabíjacie stanice pre elektrické vozidlá (EV), zdroje neprerušiteľného napájania (UPS) a motorové pohony; okrem toho znižujú úroveň elektromagnetického rušenia a hluku.

Rýchle prepínanie

Schottkyho diódy z karbidu kremíka sú zariadenia s rýchlym spínaním, ktoré sa stali široko využívanou súčasťou v elektronických obvodoch. Tieto diódy ponúkajú vyššie spínacie rýchlosti a lepšiu tepelnú vodivosť v porovnaní so svojimi náprotivkami na báze kremíka a môžu sa tiež pochváliť nižším poklesom napätia v priamom smere, lepšou úrovňou prúdovej stability a schopnosťou odolávať prepätiu, ktorá prevyšuje schopnosti ich kremíkových náprotivkov.

Schottkyho diódy z karbidu kremíka sa tiež môžu pochváliť oveľa vyšším spätným prierazným napätím ako ich kremíkové náprotivky, vďaka čomu sú vhodné na použitie v energetických systémoch s potenciálnymi úrovňami spätného napätia dosahujúcimi niekoľko tisíc voltov alebo viac. To umožňuje konštruktérom vyhnúť sa dodatočným ochranným opatreniam, ako sú snubber obvody.

Silikónové unipolárne Schottkyho diódy zvyčajne znášajú len do 200 V spätného prierazného napätia; Schottkyho diódy z karbidu kremíka však dokážu odolať napätiu až 1,2 kV a vyššiemu v závislosti od typu diódy - poskytujú oveľa väčšie možnosti spätného prierazného napätia, vďaka čomu sú oveľa univerzálnejšie ako kremíkové verzie v mnohých aplikáciách, kde by kremíkové nestačili.

Schottkyho diódy z karbidu kremíka sa vyznačujú vyššími spínacími rýchlosťami, ktoré umožňujú výrazné zmenšenie veľkosti komponentov, čo vedie k nižším cenám komponentov, vyššej účinnosti a menším rozmerom elektronických obvodov. Okrem toho tieto diódy zjednodušujú prevádzku pri vyšších rýchlostiach pre zložitejšie návrhy vysokofrekvenčnej elektroniky.

Spoločnosť Galaxy Microelectronics nedávno predstavila rad 650V a 1200V Schottkyho bariérových diód z karbidu kremíka (SiC) navrhnutých špeciálne na uspokojenie potrieb konštruktérov obvodov na konverziu energie pre systémy fotovoltaických solárnych článkov, systémy napájania elektrických vozidiel, rádiofrekvenčné detektory a rádiofrekvenčné detektory. Tieto zariadenia sa vyznačujú nízkymi stratami pri vedení s teplotne nezávislou schopnosťou nulovej reverznej obnovy, ako aj kladnými hodnotami teplotného koeficientu (TJC); okrem toho majú robustný lavínový výkon, ktorý obmedzuje potrebu ďalších ochranných zariadení alebo obvodov zo strany konštruktérov.

Nízky pokles napätia v priamom smere

Schottkyho diódy z karbidu kremíka (SiC) sú unipolárne polovodičové zariadenia s vyššou rýchlosťou spínania a nižšími úbytkami napätia v priamom smere ako ich kremíkové náprotivky, vďaka čomu sú vhodné pre výkonové polovodiče pracujúce pri vysokých teplotách. Pri návrhu obvodov sa však musia zohľadniť určité obmedzenia, napríklad zabezpečenie krátkeho času spätného zotavenia, aby sa minimalizovali straty energie.

Krátke časy spätného zotavenia umožňujú zariadeniam rýchlo prepínať medzi vodivým a nevodivým stavom a tiež pomáhajú znižovať šum EMI a parazitné prúdy, ktoré by inak mohli poškodiť diódy a tyristorové mostíky. Okrem toho krátke zotavovacie časy umožňujú diódam a tyristorovým mostíkom predĺžiť dobu reverzácie (POR).

Nízky úbytok napätia v priamom smere SiC Schottkyho diód možno pripísať ich úzkej zóne vyčerpania. Vďaka tejto vlastnosti je dióda menej kapacitná ako diódy s prechodom P-N, čo je nevyhnutné pre vysokorýchlostné spínacie aplikácie a pomáha zabrániť prenikaniu zvonivého alebo kapacitného šumu do signálových ciest.

SiC Schottkyho diódy ponúkajú nízky odpor v zapnutom stave a teplotne nezávislé zotavenie z nulovej reverzácie - dve vlastnosti, ktoré z nich robia vynikajúcu voľbu pre vysokorýchlostné spínacie aplikácie, ako sú napríklad buck boost konvertory. Spoločnosť Galaxy microelectronics nedávno predstavila 650V a 1200V Schottkyho dynódy z karbidu kremíka (SiC), ktoré sú vynikajúcim doplnkom pre návrhy systémov konverzie energie.

Únikové prúdy v SiC Schottkyho diódach sú spôsobené nedokonalosťami na rozhraní kov - polovodič, ale možno ich zmierniť hrubšími driftovými vrstvami - tým sa však zvyšuje ohmický a tepelný odpor zariadenia. Spoločnosť Nexperia vyvinula hybridnú štruktúru zariadenia, ktorá tento problém rieši kombináciou Schottkyho a P-N diód do jedného obalu, čím sa výrazne znižuje únikový prúd a zvyšuje spoľahlivosť pri vysokých teplotách. Táto konštrukcia sa môže pochváliť výrazným znížením zvodového prúdu a zároveň zvýšením spoľahlivosti pri vysokých teplotách.

Vysoké rozkladné napätie

Schottkyho diódy z karbidu kremíka majú vysoké prierazné napätia, ktoré ich predurčujú na použitie vo výkonových zariadeniach, ako sú pohony motorov a ovládače LED, ktoré pracujú pri vysokých frekvenciách, ktoré si vyžadujú vyššie prierazné napätia diód ako tradičné kremíkové diódy. Okrem toho široká pásmová medzera SiC pomáha zvyšovať účinnosť a rýchlosť. Okrem toho je tento materiál vďaka vyššej teplote topenia vhodný na použitie v rôznych prostrediach.

Schottkyho diódy z karbidu kremíka majú širokú pásmovú medzeru a veľmi nízky odpor v zapnutom stave, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie s rýchlou výmenou. Ich činnosť spočíva v nanesení kovových kontaktov na polovodičový materiál, aby sa zvýšil tok elektrónov cez jeho prechod; na rozdiel od bežných PN diód, ktoré prepúšťajú súčasne elektróny aj diery, toto usporiadanie prepúšťa iba elektróny, čím sa výrazne zvyšuje rýchlosť spínania. Okrem toho majú nízke zapínacie napätie na jednoduché zapínanie a vypínanie.

Táto konštrukcia tiež profituje z tenšej vrstvy substrátu, ktorá vytvára lepšiu tepelnú cestu medzi spojom a rámom obalu alebo puzdrom, čím sa znižuje tepelný odpor. Toto zníženie môže pomôcť znížiť rozptyl energie, ako aj zvýšiť spoľahlivosť zariadenia tým, že je menej náchylné na elektrostatické výboje (ESD) a prepätia, ktoré by ho mohli poškodiť.

Schottkyho diódy z karbidu kremíka sa vyznačujú vynikajúcou prieraznou silou elektrického poľa, vďaka ktorej zvládajú vyššie napätia ako tradičné kremíkové diódy. Okrem toho sa dajú vyrábať s tenšími a väčšími driftovými vrstvami pre rýchlejšiu odozvu; ich vynikajúca tepelná vodivosť navyše umožňuje zvládnuť vyššie úrovne nárazového prúdu ako tradičné kremíkové diódy.

Nízky zvodový prúd

SiC Schottkyho diódy ponúkajú nízke úrovne zvodového prúdu, vďaka čomu sú ideálnou voľbou pre výkonové usmerňovacie obvody v mnohých aplikáciách. Ich vyššia prevádzková teplota a vyššia rýchlosť spínania umožňujú aplikácie s vyššou frekvenciou a zníženou úrovňou EMI - ideálne pre napájacie zdroje alebo motorové pohony, ktoré potrebujú spoľahlivé usmerňovače.

Diódy SiC ponúkajú vysokú prúdovú hustotu, ktorá im umožňuje prenášať väčší prúd pri menších rozmeroch spojov, čo vedie k zníženiu celkového odporu a strát pri rozptyle tepla a k nižším stratám výkonu, ktoré zlepšujú energetickú účinnosť a zároveň zvyšujú spoľahlivosť.

SiC Schottkyho diódy sú ideálne pre aplikácie, kde je účinnosť mimoriadne dôležitá, vrátane fotovoltických solárnych meničov a nabíjačiek elektrických vozidiel. Ich konštrukcia MPS tiež uľahčuje prepínanie medzi konfiguráciami usmerňovačov s plným a polovičným mostíkom v konštrukciách napájacích zdrojov - znižuje zložitosť a zároveň zvyšuje výstupný výkon.

Diódy SiC ponúkajú väčšie možnosti nárazového prúdu ako ich kremíkové náprotivky, vďaka čomu sú obzvlášť vhodné pre funkcie korekcie účinníka (PFC), ktoré sa nachádzajú v UPS a solárnych striedačoch. Ich konštrukcia MPS poskytuje konštruktérom väčšiu voľnosť pri optimalizácii systémov pre fotovoltické solárne meniče a nabíjačky elektrických vozidiel, pričom vyžadujú menšie chladiče a filtre; navyše ich nízke straty a rýchla rýchlosť spínania pomáhajú znižovať rušenie EMI.

Vysoká tepelná vodivosť

Karbidové diódy zo silikónu sú už dlho známe svojou výnimočnou tepelnou vodivosťou a táto vlastnosť je jedným z hlavných dôvodov, prečo sa môžu používať v energetických aplikáciách. Vďaka tomu, že zariadenia z karbidu kremíka pracujú pri vyšších teplotách ako tradičné kremíkové zariadenia, dokážu znížiť výkonové straty a zároveň zvýšiť účinnosť, pričom pracujú s vyššími spínacími frekvenciami, čo im umožňuje spracovať väčší prúd pri menších fyzických rozmeroch.

Schottkyho diódy z karbidu kremíka sa tiež môžu pochváliť vyššou prúdovou hustotou v porovnaní so svojimi kremíkovými náprotivkami, vďaka čomu sú schopné prenášať väčší prúd a zvládať vyššie nárazové napätia efektívnejšie ako kremíkové modely. Okrem toho je ich pokles napätia v priamom smere nižší, čo pomáha nielen šetriť náklady na spotrebu energie, ale aj znižovať teplotu v samotnom zariadení.

Schottkyho diódy sú polovodičové zariadenia zložené z dvoch častí: kovového kontaktu a ľahko dopovanej kremíkovej vrstvy. Pri kladnom napätí sa vytvorí elektrické pole, ktoré spôsobí, že elektróny z kovového kontaktu sa prostredníctvom elektrostatického poľa injektujú do kremíka a fotoelektrický efekt sa využíva na premenu väčšinových nosičov späť na voľné elektróny oveľa rýchlejšie ako v bežnej dióde s P-N prechodom.

Tento elektrický obvod vytvára pri pravidelnom zapínaní a vypínaní zariadení, ako sú motory alebo LED diódy, veľmi minimálny dopredný úbytok napätia. Nízky úbytok napätia v priamom smere umožňuje aj vyššie frekvencie prevádzky, čím sa zlepšuje výkon a zároveň sa znižujú straty energie; okrem toho zabezpečuje konzistentný prúd v širokom rozsahu teplôt.