В настоящее время на рынке полупроводниковых приборов появились диоды на основе карбида кремния. Карбид кремния является полупроводником с непрямой зонной структурой (т. е. вероятность излучательной рекомбинации в нем небольшая), с шириной запрещенной зоны от 2,39 до 3,3 эВ, которая у него больше по сравнению с Si и GaAs, что означает больший диапазон рабочих температур (теоретически до ~1000°С, практически до 600°С) и малый ток утечки (менее 70 мкА при 200°С). Кроме того, Sic-диоды имеют высокую радиационную стойкость.
Карбид кремния имеет высокую теплопроводность (на уровне меди), что упрощает проблему теплоотвода, снижает тепловое сопротивление кристалла по сравнению с Si в два раза, что обусловливает их перспективное использование в силовой электронике и является более перспективным материалом по сравнению с GaN для создания мощных приборов.
Силовые приборы на основе SiC применяются в устройствах средней (1…10 кВт) и большой мощности (10 кВт…1 МВт), а также в устройствах, работающих при высоких значениях температуры и радиации: для скважинных устройств, для автомобилестроения, турбин, для атомных и космических систем.
 Рис.1.
У силового выпрямительного диода на основе SiC практически отсутствуют обратные токи при комнатной температуре благодаря большой ширине запрещенной зоны. Он имеет большое быстродействие и высокие рабочие температуры, но на протяжении срока службы эти характеристики ухудшаются: увеличиваются токи утечки, снижается пробивное напряжение при обратном включении и увеличивается сопротивление диода в прямом направлении. От этих недостатков свободен SiC-диод Шоттки. Промышленный выпуск мощных SiC-приборов стал возможным при наличии высококачественных подложек.
В связи с тем что у диодов на основе SiC полностью отсутствует эффект накопления заряда в n-области, потери (например, в источниках питания) можно снизить до 30…40%, а в корректорах мощности — до 60%. Благодаря положительному температурному коэффициенту прямого падения напряжения (в отличие от кремниевых диодов) диоды можно включать параллельно без дополнительных выравнивающих цепей.
 Рис.2.
На рис. 1 показана зависимость прямого падения напряжения от прямого тока для диодов на основе SiC и Si при температурах 25°С и 150°С. На рисунке видно, что прямое падение напряжения ниже у SiC-диода при Tn=25°C, но значения падения напряжения приблизительно совпадают при Tn=50…70°С.
На рис. 2 показаны зависимости заряда обратного восстановления Qrr для Si-диода и емкостного заряда Qc от скорости спада тока di/dt через диод. Значение емкостного заряда Qc практически не зависит от di/dt, а Qrr увеличивается и, соответственно, растут потери на высоких частотах.
Необходимо отметить, что форма тока через SiC-диод Шоттки при включении имеет характер слабого переходного процесса, амплитуда которого не зависит от температуры, а у быстродействующего Si-диода (FRED) имеется ярко выраженный эффект обратного восстановления, причем амплитуда тока и временной интервал его протекания имеют существенную температурную зависимость.
 Рис.3.
В таблице приведен перечень и электропараметры доступных в настоящее время диодов и диодных сборок Шоттки с кристаллами из SiC. На рис. 3 показаны исполнения (корпуса) этих приборов.
Основные электропараметры диодов и диодных сборок Шоттки на основе SiC
Таблица 1
|
Тип |
Uобр, и, п, В |
Iпр, ср, А (I*п р и, А) |
Uпр, и (при Iпр, ср), В |
Iобр, и (при Uобр, и, п), мА |
Сg, пФ (f =1 мГц) |
Епав, мДж (при L =100 мГн) |
Корпус |
Аналог |
|
Тс = 25°С |
Тс = 125°С |
Тс= -60°С |
Тс = 25°С |
Тс = 125°С |
Тс = -60°С |
|
ДДШ1 |
600 |
10 (5,0) |
2 |
2,5 |
1,9 |
0,2 |
1 |
0,2 |
65 |
8 |
КТ-97В |
CSD10060 |
|
ДДШ2 |
600 |
2Ч20, 100* |
1,8 |
2,4 |
1,5 |
0,4 |
2 |
0,4 |
130 |
16 |
КТ-28А-2.01 |
— |
|
ДДШ4 |
600 |
2Ч30, 150* |
1,8 |
2,4 |
1,5 |
0,5 |
3 |
0,5 |
190 |
24 |
КТ-94 |
— |
|
ДДШ6 |
1200 |
10, 50* |
1,8 |
3 |
1,5 |
0,2 |
1 |
0,2 |
75 |
8 |
КТ-93 |
CSD10120 |
|
ДДШ7 |
600 |
20, 100* |
2 |
2,5 |
1,9 |
0,4 |
2 |
0,4 |
130 |
16 |
КТ-97В |
CSD20060 |
|
М2ДШ-100-12 |
1200 |
50 |
1,8 (50 А) |
3 (50 А) |
— |
0,2 (1200В) |
1 |
— |
— |
— |
— |
— |
Анатолий Нефедов
РС11-2007
|
