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碳化硅二极管的历史发展

  碳化硅二极管于1985年问世。吉田是在3C-碳化硅上做的。其肖特基势垒高度通过电容测量为1.15 (0.15) eV,通过光学响应测量为1.11 (0.03) eV。它的击穿电压只有8伏。第一个6H-碳化硅肖特基二极管的击穿电压约为200伏。Bhatnagar报道了第一个高电压400伏6H-SiC肖特基势垒二极管,具有低导通状态电压降(1 V)和无反向恢复电流。随着碳化硅单晶、外延质量和技术水平的不断提高,越来越多性能优越的碳化硅二极管被报道。
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  1993年,报道了第一个击穿电压超过1000伏的碳化硅二极管。器件的肖特基接触金属是钯。它采用氮型外延,掺杂浓度为110厘米,厚度为10微米。1995年前后出现了高质量的4H-碳化硅单晶。它比6H-碳化硅具有更高的电子迁移率和更大的临界击穿电场,这使得人们更倾向于研究4H-碳化硅肖特基二极管。
 
  1995年首次报道了镍/4H-碳化硅二极管。外延掺杂浓度为11016厘米,厚度为10微米,击穿电压为1000伏,100安/厘米时正向压降为1.06伏,室温下比导通电阻为210厘米。2005年,中村友纪等人使用钼作为肖特基接触,击穿电压为4.15千伏,比接触电阻为9.07米厘米。肖特基二极管的势垒高度也随着退火温度的增加而增加。在退火温度为600时,势垒高度为1.21 eV,而理想因子是稳定的,随着退火温度的升高变化不大。赵建辉利用氮型碳化硅外延和多级结终端扩展技术制作了击穿电压高达10.8千伏的镍/4H-碳化硅肖特基二极管。外延掺杂浓度为5.610cm,厚度为115m。肖特基二极管采用多级结终端扩展技术,保护肖特基结边缘不被过早击穿。
 
  碳化硅二极管在导通过程中没有额外的载流子注入和存储,因此反向恢复电流小,关断过程快,开关损耗小。传统的硅肖特基二极管只能用于120-200伏的低压场合,不适合在150以上工作,因为所有金属与硅的功函数差不是很大,硅的肖特基势垒低,硅SBD的反向漏电流大,阻挡电压低。然而,碳化硅SBD弥补了硅SBD的短缺。许多金属,如镍、金、钯、钛、钴等。可以与肖特基势垒高度超过1 eV的碳化硅形成肖特基接触。据报道,金/4H-碳化硅接触的势垒高度可以达到1.73 eV,而钛/4H-碳化硅接触的势垒高度相对较低,但最高也可以达到1.1 eV。6H-SiC和各种金属触点之间的肖特基势垒高度变化很大,最小值为0.5 eV,最大值为1.7 eV。因此,SBD已成为碳化硅电力电子器件发展的第一个重点。它是一种集高电压、高速度、低功耗和耐高温于一体的理想器件。目前,世界上已相继开发出多种成功程度很高的碳化硅器件。
 
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点击次数:  更新时间:2020-06-01 15:30:22  【打印此页】  【关闭