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碳化硅肖特基二极管 |
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SiC MOSFET 的比导通电阻很低，工作频率很高，在高温下能够稳定的工作，它在功率器件领域很有应用前景。目前国际上报道的几种结构：UMOS、VDMOS、LDMOS、UMOS ACCUFET，以及 SIAFET 等。2008 年报道的双 RESURF 结构LDMOS，具有 1550 V 阻断电压.
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。
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。
金属与半导体的功函数不同，电荷越过金属/半导体界面迁移，产生界面电场，半导体表面的能带发生弯曲，从而形成肖特基势垒，这就是肖特基接触。金属与半导体接触形成的整流特性有两种形式，一种是金属与 N 型半导体接触，且 N 型半导体的功函数小于金属的功函数；另一种是金属与 P 型半导体接触，且 P 型半导体的功函数大于金属的功函数。
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。
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。
