MOSFET_IGBT单管/模块_Diode_场效应管_MOS管_特诺半导体有限公司

碳化硅（SiC）材料是功率半导体行业主要进步发展方向，用于制作功率器件，可显著提高电能利用率。SiC器件的典型应用领域包括：新能源汽车、5G通讯、光伏发电、轨道交通、智能电网等现代工业领域，在我国“新基建”的各主要领域中发挥重要作用。

碳化硅（SiC）作为宽禁带材料相较于硅（Si）具有很多优势，如表1所示：3倍的禁带宽度，有利于碳化硅器件工作在更高的温度；10倍的临界击穿电场，有利于碳化硅器件实现更高的耐压；更高的饱和电子漂移速度，有利于实现更快的开关速度；3倍的热导率，有利于提高器件散热效率。因此，碳化硅器件具有高耐压、低导通阻抗、开关速度快及热导率高等特性，有助于满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求。

肖特基二极管（Schottky Barrier Diode，SBD）利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作，正向压降比PN结低。同时SBD是一种多数载流子导电器件，不存在少数载流子寿命和反向恢复问题。目前主流Si SBD耐压均在200V以内，更高电压应用往往选择Si FRD，尽管FRD技术不断发展，但仍然无法完全消除反向恢复的问题。SiC的SBD可以将耐压提高到3.3kV，极大地扩展了SBD的应用范围。

下图为相同规格的Si FRD和SiC SBD在不同温度下的反向恢复电流对比，其中SiC SBD是我司推出的SiC SBD产品，Si FRD是国际一线品牌主流的Si FRD产品。由数据可知，在常温25℃下，SiC SBD的反向恢复比Si FRD略好，当温度升高到125℃时，SiC SBD的反向恢复几乎不变，而Si FRD的反向恢复电流增加了两倍。

图：（1）25℃下反向恢复对比

图：（2）125℃下反向恢复对比

反向恢复电荷会增加系统损耗，当发生反向恢复时，反向恢复电流往往会流经开关器件，增加开关器件的开启损耗。采用双脉冲测试系统对开启损耗进行测试，结果如下图所示，常温25℃，采用SiC SBD开启损耗略好，但125℃时采用Si  FRD的开启损耗为SiC SBD的两倍。

图：双脉冲测试不同温度开启损耗对比

如前文所说，反向恢复电流会流经开关器件，从而增加开关器件开启过程的尖峰电流。在系统工作过程中，变化的电压信号和电流信号之间相互转换，在回路中形成干扰源，造成系统电磁兼容的问题。改善电磁兼容问题通常可以降低开关器件的工作速度以减小噪声源，但会降低系统效率；或者增加滤波网络、磁珠等器件，但会增加系统成本。而采用SiC SBD可以降低电流尖峰，从而减小干扰源。下图为SiC SBD替换Si FRD的EMI对比测试结果，曲线100MHz左右，SiC SBD比Si FRD低4dBuV左右，采用SiC SBD能够改善系统电磁兼容问题。

图：EMI对比测试结果

二极管的导通损耗主要由正向导通电压VF值决定，当VF值越小，二极管导通损耗越小，但VF是与温度相关的参数。下图为实测的正向导通电压VF与温度关系曲线，在测试范围内，SiC SBD的VF值随温度升高而升高，为正温度系数；而Si FRD的VF值随温度升高而降低，为负温度系数。对于Si FRD，由于VF的一致性问题，VF越低的器件流经的电流越大，温度升高降低VF，导致电流集中在一颗器件上使器件发热失效；对于正温度系数的SiC SBD则不存在此问题，VF较小的器件流经的电流较大，温度升高后VF值升高，降低流经的电流，从而实现电流均衡分配，因此可并联使用。

图：不同温度下的正向导通压降

Boost PFC作为Boost拓扑的一种典型应用，可以提高系统输入的功率因素，同时可以提供稳定的输出电压，常作为中间级用于各种领域的AC/DC电源中。主机电源应用环境恶劣，对电源效率、可靠性等参数要求较高，因此，选用750W的主机电源对SiC SBD和Si FRD进行对比测试。

如下图所示，其中CR Micro（SiC SBD）是我司的SiC SBD产品，Comp. A是国际一品牌同规格SiC SBD产品，而Comp. B是国际一线品牌的Si FRD。常温下，在整个功率范围内，CR Micro和Comp. A的SiC SBD效率相当，比Comp. B的Si FRD效率高0.24%左右，如果器件温度提高到125℃，效率最高可以提高0.832%。

图：常温下效率曲线对比

系统运行过程中，二极管反向恢复的电流流经开关器件，因此除了对系统效率的影响，对开关器件的温升影响较大。下图是系统效率和开关器件温升对比图形，其中柱形图是开关器件的温度，曲线为系统的效率，横坐标为运行时间。由图可知，随着运行时间的拉长，系统温度在升高，SiC SBD和Si FRD的效率差距在不断拉大，并且采用Si FRD的开关器件的温度较高。运行时间300s时，SiC SBD比Si FRD的效率高0.4%左右，Si FRD的开关器件温度高了9.3℃。

图：开关器件的温升

综上，SiC SBD无反向恢复、能并联使用等特性使其在替换Si FRD时具有明显的优势。没有反向恢复，减小反向恢复带来的开关损耗从而提高系统效率，同时避免反向恢复引起的振荡，改善系统的EMI；具有正温度系数的导通电压，有利于器件并联使用过程中的均流，提高并联使用的可靠性。通过在产品设计中合理选择SiC SBD，可以提高产品性能，降低产品的综合成本。

作为国内功率半导体行业的龙头企业，华润微电子在宽禁带半导体领域匠心深耕，利用全产业链优势，从产品设计、制造工艺、封装技术和系统应用等方面大力推进SiC器件产品产业化。华润微SiC SBD系列产品具有可媲美国际先进水平的卓越产品性能，均已实现量产和稳定销售，主要应用于新能源汽车、充电桩、工业电源、光伏逆变、通讯电源等大功率、高频、高效率领域。

 

附：华润微电子SiC SBD产品列表