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碳化硅肖特基二极管 |
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SiC 肖特基势垒二极管在 1985 年问世，是 Yoshida 制作在 3C-SiC 上的，它的肖特基势垒高度用电容测量是 1.15 (±0.15) eV，用光响应测量是 1.11 (±0.03) eV，它的击穿电压只有8 V，只6H-SiC肖特基二极管的击穿电压大约有200 V，它是由 Glover. G. H 报道出来的。Bhatnagar 报道了个高压 400 V 6H-SiC 肖特基势垒二极管 ，这个二极管有低通态压降（1 V），没有反向恢复电流。随着碳化硅单晶、外延质量及碳化硅工艺水平不断地不断提高，越来越多性能的碳化硅肖特基二极管被报道。1993 年报道了只击穿电压超过 1000V的碳化硅肖特基二极管，该器件的肖特基接触金属是 Pd，它采用 N 型外延的掺杂浓度1×10cm，厚度是 10μm。的4H-SiC单晶的在 1995 年左右出现，它比6H-SiC的电子迁移率要高，临界击穿电场要大很多，这使得人们更倾向于研究4H-SiC的肖特基二极管。
功率二极管是功率半导体器件的重要组成部分，主要包括 PiN 二极管，肖特基势垒二极管和结势垒控制肖特基二极管。本章主要介绍了肖特基势垒的形成及其主要电流输运机理。并详细介绍了肖特基二极管和结势垒控制肖特基二极管的电学特性及其工作原理，为后两章对 4H-SiC JBS 器件电学特性的仿真研究奠定了理论基础。
肖特基二极管的反向阻断特性较差，是受肖特基势垒变低的影响。为了获得高击穿电压，漂移区的掺杂浓度很低，因此势垒形成并不求助于减小 PN 结之间的间距。调整肖特基间距获得与 PiN 击穿电压接近的 JBS，但是 JBS 的高温漏电流大于 PiN，这是来源于肖特基区。JBS 反向偏置时，PN 结形成的耗尽区将会向沟道区扩散和交叠，从而在沟道区形成一个势垒，使耗尽层随着反向偏压的增加向衬底扩展。这个耗尽层将肖特基界面屏蔽于高场之外，避免了肖特基势垒降低效应，使反向漏电流密度大幅度减小。此时 JBS 类似于 PiN 管。反向漏电流的组成主要由两部分：一是来自肖特基势垒的注入；二是耗尽层产生电流和扩散电流。
碳化硅作为一种宽禁带半导体材料，比传统的硅基器件具有更的性能。碳化硅的宽禁带(3.26eV)、高临界场(3×106V/cm)和高导热系数(49W/mK)使功率半导体器件效率更高，运行速度更快，能够有效降低产品成本、体积及重量。
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。
肖特基二极管是用于功率整流器应用的佳半导体器件，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。
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