解析！碳化硅肖特基二极管的优势及应用

肖特基二极管，又称热载流子二极管，通过金属和半导体接触(肖特基接触)形成肖特基势垒，实现整流。与普通PN结二极管相比，肖特基二极管的反向恢复惯性非常低。因此，肖特基二极管适用于高频整流或高速开关。

 

碳化硅（SiC）是一种高性能的半导体材料，基于SiC的肖特基二极管（SiC Schottky Diode）具有更高能效、更高功率密度、更小尺寸和更高的可靠性，可以在电力电子技术领域打破硅的极限，成为新能源及电力电子的首选器件。

 

碳化硅肖特基二极管的特点

 

碳化硅的能带间隔为硅的2.8倍（宽禁带），达到3.09电子伏特。其绝缘击穿场强为硅的5.3倍，高达3.2MV/cm，其导热率是硅的3.3倍，为49w/cm·k。它与硅半导体材料一样，可以制成结型器件、场效应器件、和金属与半导体接触的肖特基二极管。它的特点是：

 

（1）碳化硅单载流子器件漂移区薄，开态电阻小。比硅器件小100-300倍。由于有小的导通电阻，碳化硅功率器件的正向损耗小；

（2）碳化硅功率器件由于具有高的击穿电场而具有高的击穿电压。例如，商用的硅肖特基的电压小于300V，而第一个商用的碳化硅肖特基二极管的击穿电压已达到600V；

（3）碳化硅有较高的热导率；

（4）碳化硅器件可在较高温度下工作，而硅器件的最大工作温度仅为150ºC；

（5）碳化硅具有很高的抗辐照能力；

（6）碳化硅功率器件的正反向特性随温度和时间的变化很小，可靠性好；

（7）碳化硅器件具有很好的反向恢复特性，反向恢复电流小，开关损耗小；

（8）碳化硅器件可减少功率器件体积和降低电路损耗。

 

应用

 

碳化硅肖特基二极管可广泛应用于开关电源、功率因素校正（PFC）电路、不间断电源（UPS）、光伏逆变器等中高功率领域，可显著的减少电路的损耗，提高电路的工作频率。

在PFC电路中用碳化硅SBD取代原来的硅FRD，可使电路工作在300kHz以上，效率基本保持不变，而相比下使用硅FRD的电路在100kHz以上的效率急剧下降。随着工作频率的提高，电感等无源原件的体积相应下降，整个电路板的体积下降30%以上。

 

01 射频混频器和探测二极管应

 

肖特基二极管具有很高的开关速度和高频性能，这使得它们能够很好地用于射频应用。此外，肖特基二极管具有各种金属-半导体结配置，使得这些半导体器件在功率检测器或混频器电路中有用。

 

02 功率整流器应用

 

肖特基二极管是用于功率整流器应用的最佳半导体器件，因为这些器件具有高电流密度和低正向电压降，与普通PN结器件的特性不同。这些优点有助于降低热量水平，减少设计中包含的散热器，并提高电子系统的整体效率。

 

03 电源或电路应用

 

肖特基二极管可用于由两个并联电源产生电流的应用中。肖特基二极管的特性使其很好地适用于电力或电路应用，因为它们的低正向电压降。这些二极管的存在还可以防止反向电流从一个电源流入另一个电源。

 

04 太阳能电池应用

 

太阳能电池通常与可充电电池相连以储存能量，因为太阳不是一天24小时的能源。SiC肖特基二极管防止电池在夜间通过太阳能电池放电，防止高性能太阳能电池通过低性能太阳能电池放电。

 

05 箝位二极管应用

 

肖特基二极管用作快速钳位二极管应用中的开关。在这个应用中，基极结是正向偏置的。使用肖特基二极管，关断时间显著缩短，电路速度提高。

 

鲁晶半导体

 

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