■ 250V/0.1A 碳化硅肖特基二极管

• 正向导通异常

• 材料参数因缺陷部位而异

• 理想因子 (n) 代表二极管的质量

• 一个好的二极管有 n ~1

■ 正向 I-V 特性

• 硅二极管的导通电压比SiC二极管低得多

• 低正向偏压下SiC肖特基和PN二极管中缺陷引起的多余电流

■ 反向恢复测试电路

• 正向电流随 Q1 栅极脉冲的脉冲宽度调整

• 栅极脉冲施加到 Q1 以启动二极管的反向恢复

• 关断 dI/dt 由 RG 反向恢复控制

• VDD、ION、diR/dt 各种条件下的性能

■ 反向恢复性能

• 由于结电容肖特基二极管反向恢复与温度无关 PN 二极管反向恢复与导通电流弱相关，因此出现关断电流拖尾

■ 用于二极管测试的 DC-DC 降压转换器

■ DC-DC 降压转换器性

SiC 肖特基、SiC PN 和 Si PiN 二极管

• 低电压 SiC 和 Si PiN 二极管的开关性能相当

• 零电压开关配置中的开关瞬态可忽略不计

• 低电压 SiC 器件仅提供高温操作的优势

■ 硬开关降压转换器的性能

• 硅二极管转换器在90W、30kHz、290K下失效

■ 二极管性能模拟-PiN二极管的硬开关

• 静态和开关模拟与测量4H-SiC材料参数的合理匹配

■ ZVS降压转换器性能-PiN二极管

• 静态和开关模拟与测量4H-SiC材料参数的合理匹配

■ Si 和 4H-SiC 高压 PiN 二极管的比较

• 在相同的开关条件下，与 Si 相比，SiC 的反向恢复可忽略不计 具有软开关的 Si 二极管的性能显着提高（更低的 di/dt）

■ 反向恢复期间的电荷衰减

（PiN二极管二维模拟）

• 硅二极管在漂移区有非常高的过剩电荷

• 由于载流子寿命低，碳化硅二极管中的快速电荷衰减

• 由于在准中性漂移区中捕获的过量电荷导致的电流拖尾

■ 模拟 PiN 二极管降压转换器性能趋势

• 硅二极管的总功率损失对开关频率非常敏感

• 300kHz以上的SiC二极管的频率依赖性

• SiC二极管的总损耗由传导损耗主导

• 硅二极管的开关损耗是由于去除多余的电荷而出现的

• SiC二极管的开关损耗是由于结点电容引起的

■ 二极管的可靠性测试

• 性能评估是在远低于额定值的电压和电流水平下进行的

• 脆弱的SiC器件

• 评估器件的可靠性是至关重要的

• 动态应力测试以确定SiC二极管的雪崩额定值

■ 高密度 SiC 功率转换器

■ NASA肖特基二极管

• 进行了4H-SiC肖特基二极管的性能评估

• 对不同周长和面积的二极管进行比较研究

• 进行测试以评估二极管的 dv/dt 承受能力

• 对每个器件的 5 个相同样本进行了测试，以确保结果的一致性

• 所有器件的额定电压为 I kV

■ 击穿性能

• 观察到击穿电压的强面积依赖性

• 在 50 µm 器件上测得的最高击穿电压为 750 V

• 在 200 µm 器件上测得的最低击穿电压为 100 V

• 未进行高温击穿测量

■ 正向 I-V 特性

• 漏电流随温度增加

• 有缺陷的二极管电流在非常低的偏置电压下开始迅速上升

■ 正向 J-V 特性

• 周长对漏电流密度的影响可以忽略不计

■ 周长/面积依赖性

• 从 J-V 特性中提取饱和电流密度

• 饱和电流密度与 P/A 比无关

• 由于没有结，沿周边没有周边复合电流

■ 理想因子提取

• 热电子发射电流的贡献在较高温度下更大。

• 因此理想因子接近统一

■ 二极管的可靠性测试

• 性能评估是在远低于额定值的电压和电流水平下进行的

• 脆弱的SiC器件

• 评估器件的可靠性是至关重要的

• 动态应力测试以确定SiC二极管的额定dv/dt值

■ dv/dt特性分析

• dv/dt越高，二极管电流越大

• dv/dt从4V/ns变化到30V/ns

• 在250V的开关下，DUT在最高的dv/dt下也能存活

• 在500V的开关下，即使是最低的dv/dt，器件也会失效

• 故障与电压有关，而不是dv/dt

■ 用于SMPS应用的SiC二极管

■ 正向 I-V 特性

• 每个器件的5个样品进行了一致性测试

• 泄漏电流随温度升高而增加

■ 击穿性能

• 击穿电压随温度升高而降低

■ 击穿性能

• 对器件 D1 的 5 个样本进行了表征

• 2 号样本在测试期间失败

• 温度每升高 1℃，电压下降约 0.5 V

■ 击穿性能

• 对器件 D2 的 5 个样本进行了表征

• 样本2和5 在测试期间失败

• 温度每升高1℃，电压下降约0.6 V

■ 理想因子提取

• 在较高温度下，热离子发射电流贡献更大

■ 正向 I-V 屏障高度

■ C-V 特性的屏障高度

■ 反向恢复测量过程

■ 测试电路

■ 测量结果

■ 测量结果

■ 测量结果

■ 测量结果

■ 总结

• SiC肖特基二极管显示了SMPS应用的前景

• 需要在关键的SMPS电路中进一步研究

• 需要对SiC器件的可靠性进行详细研究