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碳化硅肖特基二极管 |
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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。
金属与 N 型 4H-SiC 半导体体内含有大量的导电载流子。金属与 4H-SiC 半导体材料的接触仅有原子大小的数量级间距时，4H-SiC 半导体的费米能级大于金属的费米能级。此时 N 型 4H-SiC 半导体内部的电子浓度大于金属内部的电子浓度，两者接触后，导电载流子会从 N 型 4H-SiC 半导体迁移到金属内部，从而使 4H-SiC 带正电荷，而金属带负电荷。电子从 4H-SiC 向金属迁移，在金属与 4H-SiC 半导体的界面处形成空间电荷区和自建电场，并且耗尽区只落在 N 型 4H-SiC 半导体一侧，在此范围内的电阻较大，一般称作“阻挡层”。自建电场方向由 N 型 4H-SiC 内部指向金属，因为热电子发射引起的自建场增大，导致载流子的扩散运动与反向的漂移运动达到一个静态平衡，在金属与4H-SiC 交界面处形成一个表面势垒，称作肖特基势垒。4H-SiC 肖特基二极管就是依据这种原理制成的。
碳化硅肖特基二极管的开启导通电压比硅快速恢复二极管较低，如果要降低VF值，需要减薄肖特基势垒的高度，但这会使器件反向偏压时的漏电流增大。碳化硅肖特基二极管的温度特性与硅快速恢复二极管不同，当温度升高时导通阻抗会增加，VF值也上升，这样器件发热不易发生热失控，更适合并联使用。
