SBD 在导通过程中没有额外载流子的注入和储存,因而反向恢复电流小,关断过程很快,开关损耗小。传统的硅肖特基二极管,由于所有金属与硅的功函数差都不很大,硅的肖特基势垒较低,硅 SBD 的反向漏电流偏大,阻断电压较低,只能用于一二百伏的低电压场合且不适合在 150 ℃以上工作。然而,碳化硅 SBD弥补了硅 SBD 的不足,许多金属,例如镍、金、钯、钛、钴等,都可以与碳化硅形成肖特基势垒高度 1 eV 以上的肖特基接触。据报道,Au/4H-SiC 接触的势垒高度可达到 1.73 eV,Ti/4H-SiC 接触的势垒比较低,但高也可以达到 1.1 eV。6H-SiC与各种金属接触之间的肖特基势垒高度变化比较宽,低只有 0.5 eV,高可达1.7 eV。于是,SBD 成为人们开发碳化硅电力电子器件关注的对象。它是高压快速与低功率损耗、耐高温相结合的理想器件。目前国际上相继研制成功水平较高的多种类的碳化硅器件。
金属与 N 型 4H-SiC 半导体体内含有大量的导电载流子。金属与 4H-SiC 半导体材料的接触仅有原子大小的数量级间距时,4H-SiC 半导体的费米能级大于金属的费米能级。此时 N 型 4H-SiC 半导体内部的电子浓度大于金属内部的电子浓度,两者接触后,导电载流子会从 N 型 4H-SiC 半导体迁移到金属内部,从而使 4H-SiC 带正电荷,而金属带负电荷。电子从 4H-SiC 向金属迁移,在金属与 4H-SiC 半导体的界面处形成空间电荷区和自建电场,并且耗尽区只落在 N 型 4H-SiC 半导体一侧,在此范围内的电阻较大,一般称作“阻挡层”。自建电场方向由 N 型 4H-SiC 内部指向金属,因为热电子发射引起的自建场增大,导致载流子的扩散运动与反向的漂移运动达到一个静态平衡,在金属与4H-SiC 交界面处形成一个表面势垒,称作肖特基势垒。4H-SiC 肖特基二极管就是依据这种原理制成的。
碳化硅具有载流子饱和速度高和热导率大的特点,应用开关频率可达到1MHz,在高频应用中优势明显,其中碳化硅肖特基二极管(SiC JBS)耐压可以达到6000V以上。相对应的,硅材料的禁带宽度较低,在较低的温度下硅器件本征载流子浓度较高,而高的漏电流会造成热击穿,这限制了器件在高温环境和大功率耗散条件下工作。
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