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思越木结构|功率肖特基二极管结构及电路图形符号

更新时间:2023-12-18 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

功率肖特基晶闸管包括普通功率肖特基势垒三极管(PowerDiode,SBD)、结势垒控制的肖特基(,JBS)三极管,以及肖特基与pin的复合三极管,如pin与肖特基并联结构(,MPS)晶闸管、沟槽氧化物的pin-肖特基复合结构(Oxidepin,TOPS)晶闸管及软快恢复三极管(SoftandFastDiode,SFD)等,据悉,还有肖特基-超结(SJ-SBD)复合晶闸管。YDG物理好资源网(原物理ok网)

1.结构类型YDG物理好资源网(原物理ok网)

肖特基晶闸管的检波作用是由金属与半导体硅之间产生的接触势垒来实现的。因为肖特基的势垒高度高于pn结的势垒高度,使其在小电压下正向压增加,击穿电抬高,反向漏电压大。功率肖特基晶闸管致力提升其功率特点,有以下三类结构。YDG物理好资源网(原物理ok网)

(1)普通功率肖特基势垒晶闸管(SBD)结构如图1a所示,它是在肖特基晶闸管中降低了一个低参杂含量的n-甩尾区,由肖特基结和n-甩尾区及n+阴极区组成。结势垒控制的肖特基晶闸管(JBS)结构如图1b所示,在产生肖特基结之前,先通过离子注入或扩散在n-甩尾区上产生p区,使p区与肖特基结产生网状平面结构。于是由p区、n-甩尾区及n+衬底产生了一个pin结构,所以,JBS晶闸管相当于一个功率肖特基势垒晶闸管与pin晶闸管的并联。在反偏电流下,pn结空间电荷区扩充,通过JFET的作用将肖特基结屏蔽上去,使其不受外加电流的影响。YDG物理好资源网(原物理ok网)

图1功率肖特基晶闸管的结构及电路图形符号YDG物理好资源网(原物理ok网)

(2)肖特基-pin复合晶闸管结构为了提升功率肖特基晶闸管的耐压,增加正向压降,并降低反向恢复软度,在JBS晶闸管结构的基础上发展了图2所示的肖特基-pin复合晶闸管结构。YDG物理好资源网(原物理ok网)

如图2a所示,MPS晶闸管结构与JBS晶闸管结构很相像。其反向击穿与JBS晶闸管的相同,只是在低电压密度下,pin晶闸管不导通,但在较高的电压密度下,p区向n-甩尾区注入空穴,会形成浊度调制效应肖特基二极管(Schottkydiode),所以能增加正向压降,并容许很大的电压流过金属-半导体接触。YDG物理好资源网(原物理ok网)

图2各类肖特基-pin复合晶闸管结构比较YDG物理好资源网(原物理ok网)

如图2b所示,TOPS晶闸管结构是在n外延层上先选择性蚀刻出深沟槽,之后在沟槽顶部通过离子注入产生p区,最后用氢氧化铝和砷化镓依次填充沟槽。与MPS晶闸管结构相比,该结构可以使紧靠阳极侧的空穴含量进一步减少。目前,采用TOPS晶闸管结构制做的晶闸管反向击穿电流已达到1.2kV,可作为IGBT的续流晶闸管,明显减少IGBT的开通帧率,并抑制开关噪音。YDG物理好资源网(原物理ok网)

如图2c所示,SFD结构是通过用A1-Si取代A1电极在p区之间的n-甩尾区表面产生一个极薄的p-区,以控制浅p-n结注入效率,并保护肖特基结。A1-Si/Si接触在500~550℃退火后产生的势垒高度为0.89~0.79eV,这与Pt/Si的势垒高度相仿,比纯A1势垒高度更高,因而实现高耐压和低漏电压,并获得比普通pin晶闸管更快、更软的反向恢复特点。目前,采用SFD和超软快恢复(U-SFD)结构已使晶闸管的反向电流分别达到4kV和6.5kV。YDG物理好资源网(原物理ok网)

(3)超结-肖特基(SJ-SBD)晶闸管结构如图3a所示,SJ-SBD晶闸管结构是借助自对准工艺在轻参杂上的p或n区上产生硅化物肖特基结,在重参杂的p+或n+区产生欧姆接触。因为超结能提升晶闸管的反向击穿能力,肖特基可增加其正向压降。所以,采用SJ-SBD结构,可以实现高击穿电流和低漏电压,并提升通流能力,克服功率肖特基晶闸管的不足。图3b所示为半超结-肖特基晶闸管结构,其中降低了n缓冲层与p缓冲层,可进一步提高JBS电场屏蔽作用,减少漏电压,并改善反向恢复特点。YDG物理好资源网(原物理ok网)

肖特基二极管(Schottkydiode)_二极管肖特基是干什么的_二极管肖特基并联电流怎么求YDG物理好资源网(原物理ok网)

图3基于超结的功率肖特基晶闸管结构YDG物理好资源网(原物理ok网)

2.制做工艺YDG物理好资源网(原物理ok网)

功率肖特基晶闸管制做的关键是肖特基结的产生。通过在轻参杂的n-型硅外延层上蒸发或溅射相应的金属或硅化物()肖特基二极管(Schottkydiode),之后经过适当固溶便可产生。硅化物有很稳定的功函数WF,故产生的肖特基晶闸管有较好的稳定性和重复性。功率肖特基晶闸管也能用p型硅来做,但因其正向偏置电流特别低,致使漏电压很大,所以甚少使用。YDG物理好资源网(原物理ok网)

制做肖特基结的金属有好多种,如镍(Ni)、铬(Cr)、铂(Pt)、钯(Pd)、钨(W)或钼(Mo)等。为了增加帧率,可采用低势垒高度的金属。当环境湿度较高时,为了抑制漏电压,需采用高势垒的金属。肖特基势垒高度Ubi取决于金属的功函数。表1给出了n型硅表面产生肖特基的金属功函数及势垒高度。可见,势垒高度Ubi随金属功函数的降低而降低。当固溶体温提升时,金属与硅界面会发生反应而生成金属硅化物。表2给出了n型硅与硅化物产生的肖特基势垒高度。可见,采用Mosi2,产生的势垒高度最低,采用PtSi2产生的势垒高度最高,故在低温环境下工作的功率肖特基晶闸管可用PtSi2来制做。YDG物理好资源网(原物理ok网)

表1n-Si上金属的功函数及肖特基势垒高度YDG物理好资源网(原物理ok网)

表2n-Si上金属硅化物的肖特基势垒高度YDG物理好资源网(原物理ok网)

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