SiC肖特基势垒二极管

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肖特基势垒光电二极管原理及应用

肖特基势垒光电二极管原理及应用------------------------------------------------------------------------------------------------肖特基势垒光电二极管原理及应用姜凤贤1 王燕涛1 马军辉2(1.燕山大学里仁学院实验中心河北秦皇岛 066004;2.国家广电总局 2022台新疆喀什 844000)摘要: 详细介绍肖特基势垒二极管的工作原理、特性及应用，简单介绍肖特基势垒光电二极管的工作原理及应用展望。

关键词: 肖特基势垒二极管;肖特基势垒光电二极管;原理应用中图分类号:TN311.7 文献标识码:A 文章编号:1671,7597(2011)0820122,020 引言肖特基势垒光电二极管又称金属-半导体光电二极管，其势垒不再是p-n结，而是金属和半导体接触形成的阻挡层，即肖特基势垒。

1 肖特基势垒二极管结构原理及特性1.1 简述图1 肖特基势垒二极管肖特基二极管(如图1)是以其发明人肖特基博士(Schottky)命名的，SBD是肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode，缩写成SBD)的简称。

SBD不是利用p 型半导体与n型半导体接触形成p-n结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属,半导体结原理制作的。

因此，SBD也称为金属-半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。

是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。

其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千安培。

SiC结势垒肖特基二极管及JMoS介绍

ｃｏｕｌｄａｌｓｏｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｆａｉｌｕｒｅｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｄｅｆｅｃｔｓｉｎｔｏｓｔａｃｋｉｎｇｆａｕｌｔｓｄｕｅｔｏ
ｇｒａｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｃａｒｂｉｄｅｍｅｔａｌ — ｏｘｉｄｅ — ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｉｆｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＭＯＳＦＥＴ）（ＳｉＣＪＭＯＳ）ｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｗｈｉｃｈｍｅ－
ａｎｄＪＢＳＥｍｂｅｄｄｅｄＭＯＳＦＥＴＨＳＵＦｕ－ｊｅｎ，ＹＥＮＣｈｅｎｇ — ｔｙｎｇ，ＨＵＮＧＣｈｉｅｎ — ｃｈｕｎｇ，ＬＥＥＣｈｗａｎ — ｙｉｎｇ
（瀚薪科技股份有限公司，台湾新竹３００７２）
摘要：介绍了结势垒控制肖特基整流器（ＪＢＳ）和ＪＢＳ集成碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（ＭＯＳＦＥＴ）
（ＳｉＣＪＭＯＳ）的特性。ＪＭＯＳ通过将ＤＭＯＳ和ＪＢＳ合并于单片ＳｉＣ器件．无需任何额外的工艺和面积。当ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ中的寄生体二极管导通时．集成的ＪＢＳ还可以防止由于注入的少数载流子的复合而导致的位错缺陷转变为堆垛层错的潜在风险。进行特征比较，并构建一个测试平台，以验证ＳｉＣＪＭＯＳ比传统ＳｉＣＤＭＯＳ的效率和可靠性有所提高。实验结果表明．ＳｉＣＪＭＯＳ能以更低的成本和更高的功率密度获得更好的系统性能和可靠性。关键词：金属氧化物半导体场效应晶体管；结势垒：肖特基

碳化硅肖特基势垒二极管

碳化硅肖特基势垒二极管碳化硅肖特基势垒二极管是一种特殊的二极管，其结构与普通的二极管有所不同。

它由碳化硅（SiC）材料制成，具有较高的耐压能力、较低的导通电阻和较高的工作温度。

碳化硅肖特基势垒二极管常用于高频、高压、高温等特殊环境下的电路应用中。

肖特基二极管是一种利用肖特基势垒形成的二极管。

肖特基势垒是由金属与半导体的接触处形成的，其特点是具有低的正向电压降和快速的开关特性。

肖特基势垒二极管由于没有PN结，所以没有PN 结带来的载流子复合效应，使得其在高频电路中具有较低的串扰和较小的功耗。

而碳化硅肖特基势垒二极管则是利用碳化硅材料制成的肖特基二极管。

碳化硅是一种具有特殊性能的半导体材料，具有较高的电子迁移率、较高的击穿电场强度和较高的热导率。

这使得碳化硅肖特基势垒二极管能够在高频、高压、高温等极端环境下工作。

碳化硅肖特基势垒二极管具有较高的耐压能力。

由于碳化硅材料具有较高的击穿电场强度，碳化硅肖特基势垒二极管能够承受较高的反向电压，从而在高压应用中具有优势。

这使得碳化硅肖特基势垒二极管广泛应用于电力电子领域，例如电力变换器、电动汽车充电桩等。

碳化硅肖特基势垒二极管具有较低的导通电阻。

由于碳化硅材料具有较高的电子迁移率，碳化硅肖特基势垒二极管能够实现较高的电流密度，从而具有较低的导通电阻。

这使得碳化硅肖特基势垒二极管在高频应用中具有优势，例如无线通信、雷达系统等。

碳化硅肖特基势垒二极管具有较高的工作温度。

由于碳化硅材料具有较高的热导率，碳化硅肖特基势垒二极管能够在高温环境下工作。

这使得碳化硅肖特基势垒二极管在航空航天、军事装备等领域中具有广泛应用。

碳化硅肖特基势垒二极管是一种具有特殊性能的二极管。

其耐压能力高、导通电阻低和工作温度高，使得其在高频、高压、高温等特殊环境下具有广泛应用。

碳化硅肖特基势垒二极管的研究和应用将进一步推动电子器件的发展，为各个领域的电路设计提供更多的可能性。

sic肖特基二极管、mosfet管

内容提要：1. 介绍SIC肖特基二极管1.1 肖特基二极管的基本结构和工作原理1.2 SIC材料的优势和特性2. 介绍MOSFET管2.1 MOSFET管的基本结构和工作原理2.2 MOSFET管在电子行业的应用3. SIC肖特基二极管和MOSFET管的比较3.1 性能对比3.2 应用领域对比4. 总结1. 介绍SIC肖特基二极管1.1 肖特基二极管的基本结构和工作原理肖特基二极管是利用PN结和金属之间的肖特基势垒形成的开关管件。

其工作原理是基于肖特基效应，即当PN结处于正向工作状态时，电荷载流子(如电子)以肖特基势垒形式通过PN结；当PN结处于反向偏置状态时，电荷载流子不易通过PN结，因此具有低反向漏电流和快速恢复特性。

1.2 SIC材料的优势和特性SIC材料是一种在高温、高频和高压条件下表现出良好特性的半导体材料。

相比传统的硅材料，SIC材料具有更高的载流子迁移率、更好的热导率和更高的击穿电压。

SIC肖特基二极管具有更低的导通压降、更高的工作温度范围和更好的耐压能力。

2. 介绍MOSFET管2.1 MOSFET管的基本结构和工作原理金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET）是一种利用场效应调控电流的半导体器件。

其核心部分为栅极、栅氧化物、半导体和金属连接片。

MOSFET管具有较高的输入电阻、高速开关特性和较低的功耗。

2.2 MOSFET管在电子行业的应用MOSFET管在电子行业中广泛应用于功率放大、信号调制、直流转换等领域。

其高速开关特性和低功耗使其成为电子行业中不可或缺的器件。

3. SIC肖特基二极管和MOSFET管的比较3.1 性能对比SIC肖特基二极管在高温、高频环境下表现出更好的性能，具有更高的工作温度范围、更低的导通压降和更好的击穿电压。

而MOSFET管在功耗和速度方面表现更优秀。

肖特基限流二极管

肖特基限流二极管
肖特基限流二极管，也被称为肖特基二极管（Schottky Diode）或肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode，缩写成SBD），是一种具有特殊工作原理的半导体器件。

它的基本结构是在金属（如铅）和半导体（如N型硅片）的接触面上形成肖特基势垒，用以阻挡反向电压。

这种二极管的主要特点是具有较低的正向压降（通常在0.3V至0.6V 之间），同时其反向恢复时间非常短，可以在几纳秒级别。

这些特性使得肖特基二极管非常适合用于高频开关电路和低压大电流整流电路。

肖特基二极管的另一个重要特点是其开关速度非常快，这主要得益于它的多子参与导电机制，相比少子器件有更快的反应速度。

因此，肖特基二极管常用于门电路中作为三极管集电极的箝位二极管，以防止三极管因进入饱和状态而降低开关速度。

肖特基二极管通常用于低功耗、大电流、超高速的半导体器件中，例如开关电源、高频电路、检波电路等。

尽管肖特基二极管的耐压能力相对较低（通常低于150V），但由于其优良的特性，它在许多应用中仍被广泛使用。

如何有效地检测碳化硅(SiC)二极管

随着宽禁带半导体技术的日益普及，需要在高温和苛刻的电流循环条件下，对二极管操作进行各种耐久性测试，以评估其性能。

毫无疑问，功率电子器件作为基本元器件，将在未来几年中持续发展。

而新型碳化硅（SiC）半导体材料更是不负众望，它比传统硅材料导热性更佳、开关速度更高，而且可以使器件尺寸做到更小。

因此，碳化硅开关也成为设计人员的新宠。

碳化硅二极管主要为肖特基二极管。

第一款商用碳化硅肖特基二极管十多年前就已推出。

从那时起，它就开始进入电源系统。

二极管已经升级为碳化硅开关，如JFET、BJT和MOSFET。

目前市场上已经可以提供击穿电压为600-1700 V、且额定电流为1 A-60 A的碳化硅开关。

本文的重点是如何有效地检测Sic MOSFET。

图1MOSEFT-CMF20120D碳化硅二极管最初的二极管非常简单，但随着技术的发展，逐渐出现了升级的JFET、MOSFET和双极晶体管。

碳化硅肖特基二极管优势明显，它具有高开关性能、高效率和高功率密度等特性，而且系统成本较低。

这些二极管具有零反向恢复时间、低正向压降、电流稳定性、高抗浪涌电压能力和正温度系数。

新型二极管适合各种应用中的功率变换器，包括光伏太阳能逆变器、电动车（EV）充电器、电源和汽车应用。

与传统硅材料相比，新型二极管具有更低的漏电流和更高的掺杂浓度。

硅材料具有一个特性，就是随着温度的升高，其直接表征会发生很大变化。

而碳化硅是一种非常坚固且可靠的材料，不过碳化硅仍局限于小尺寸应用。

检测碳化硅二极管本文要检测的碳化硅二极管为罗姆半导体的SCS205KG型号，它是一种SiC肖特基势垒二极管（图2）。

其主要特性如下：•反向电压V r：1200 V;•连续正向电流I f：5 A（+ 150℃时）;•浪涌非重复正向电流：23 A（P W= 10ms正弦曲线，T j = + 25℃；•浪涌非重复正向电流：17 A（P W= 10ms正弦曲线，T j= + 150℃）；•浪涌非重复正向电流：80 A（P W= 10μs方波，T j= + 25℃）；•总功耗：88 W；•结温：+ 175℃；•TO-220AC封装。

4H-SiC结型势垒肖特基二极管的制作与特性研究

Vol.32,No.6Journal of SemiconductorsJune 2011Fabrication and characteristics of a 4H-SiC junction barrier Schottky diodeChen Fengping(陈丰平) ,Zhang Yuming(张玉明),L ¨uHongliang(吕红亮),Zhang Yimen(张义门),Guo Hui(郭辉),and Guo Xin(郭鑫)School of Microelectronics,Key Laboratory of Wide Band-Gap Semiconductor Materials and Devices,Xidian University,Xi’an 710071,ChinaAbstract:4H-SiC junction barrier Schottky (JBS)diodes with four kinds of design have been fabricated and char-acterized using two different processes in which one is fabricated by making the P-type ohmic contact of the anode independently,and the other is processed by depositing a Schottky metal multi-layer on the whole anode.The re-verse performances are compared to find the influences of these factors.The results show that JBS diodes with field guard rings have a lower reverse current density and a higher breakdown voltage,and with independent P-type ohmic contact manufacturing,the reverse performance of 4H-SiC JBS diodes can be improved effectively.Furthermore,the P-type ohmic contact is studied in this work.Key words:4H-SiC;junction barrier Schottky;field guard ring DOI:10.1088/1674-4926/32/6/064003PACC:7155D;7330;7340N1.IntroductionWith increasing interest in SiC Schottky barrier diodes(SBD)in power conversion applications,much effort has been focused on improving SiC SBD performance.The junction barrier Schottky (JBS)diode offers the Schottky-like ON-state with fast switching characteristics,and the PiN-like OFF-state characteristics with low leakage current.Several SiC JBS diodes have been reported by different groups Œ1 4 .The con-duction loss can be much lower than that of a PiN diode with a breakdown voltage of less than 3kV due to the high (2.7V)turn-on voltage of the SiC P–N junction Œ5 .The leakage cur-rent of the JBS diode is lower than that of a SBD,owing to the high electric field shielded away from the Schottky contact by a depletion layer of P–N junctions.As shown in Fig.1(a),the anode contains a Schottky contact above the SBD regions and a P-type ohmic contact above the P C regions,so it is fabricated simultaneously by deposit Schottky contact metal in the cus-tomary process,as shown in Fig.1(b).In this work,two kinds of processes to fabricate the anode were employed to study the influence on the electrical characteristics of the JBS diodes.To design a JBS diode with a high breakdown voltage,several kinds of termination can be used,such as a junction termination extension and a mesa termination.However,these terminations require etching and extra ion implanting.To re-duce the processing steps and avoid the disadvantages caused by these extra steps,the filed guarding ring (FGR)was fab-ricated with P C for the main junction simultaneously in this work.The 4H-SiC JBS diodes with and without FGRs were fabricated by the two different processes mentioned above.2.Design and fabricationA 10 m N epilayer with doping of 1.56 1015cm 3was grown on the N C substrate purchased from CREE,witha doping concentration of more than 1 1018cm 3.Samples 1and 2were processed on the substrate with different tech-niques separately.First of all,the circular P C regions for the samples were formed at the same time.Multiple implantations were implemented at 400ıC in argon ambience.Al ion implan-tation was with energy of 30,280,and 500eV ,while the doses of 8.6 1013,5.2 1014,and 7.8 1014cm 2were taken,respectively.Fig.1.Schematic cross section of the JBS diodes.*Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No.61006060)and the 13115Innovation Engineering of Shannxi Province,China (No.2008ZDKG-30).Corresponding author.Email:fpchen@Received 1November 2010,revised manuscript received 22February 2011c2011Chinese Institute of ElectronicsParameters for all structures are shown in Fig.1(a),and all of the parameters’values were chosen to be the same for both samples.The P C junctions are characterized by the width of the P C implantation window (W /and the spacing in between (S/.FGRs are characterized by the width of a single ring (L/and the spacing between the two nearest rings (D/.According to Ref.[6],L was chosen to be the fixed value 5 m,and D D 2.5 m in the experiment.For convenient description in this paper,the JBS will be marked as JBS (S ,W /.In this work,the four structures with different designs are (a)JBS (2.5,4)with-out edge termination;(b)JBS (2.5,4)terminated by FGRs;(c)JBS (3,4)without edge termination;and (d)JBS (3,4)ter-minated by FGRs.FGRs with L D 5 m for each ring were implanted around the periphery of the forward conducting ac-tive area to reduce electric field crowding at the edge of the diode under reverse bias.All of the FGRs were formed simul-taneously with the P C junction regions with ion-implantation,thus the depth and concentration are the same as the P C junc-tion regions.The samples were annealed at 1650ıC for 45min in argon ambience.Then,the profile in 0.6 m depth was mea-sured.It is well known that a high temperature annealing (>1000ıC)is usually required for ohmic contact activation.The fact that the melting temperature of Al (660ıC)is much lower gives rise to contact morphological problems.It was reported that Al melted during the high temperature anneal Œ7 ,spilling over the surface of the devices,potentially damaged the periphery of the devices.To improve the contact morphology,according to Ref.[8],a multi-layer of Ti/Al/Ti/Al/Ti/Al/Ag was deposited on sample 1’s top of P C junction regions after P C regions done,and then an annealing at 1000ıC in a gas mixture of 97%N 2and 3%H 2for 2min was carried out to create a P-type ohmic contact.Both samples underwent tri-layer metallization of Ti/Ni/Ag to form a backside contact.Sample 1was annealed for 2min and sample 2was annealed for 5min at 1000ıC in a gas mixture of 97%N 2and 3%H 2.Finally,bi-layer metallization of Ti/Ag was used to form the front Schottky metal contact for both samples.Figure 2shows the scanning electron microscope (SEM)photographs of both samples.It was previously thought that sample 2had a much better periphery than sample 1since sample 2was not annealed to make P-type ohmic contact.As can be seen in Fig.2(a),the Al spilled a little over the edge of the anode area for sample 1.This can be improved if a thinner Al layer is chosen and the Ti/Al multi-layer superposition time is increased Œ8 .3.Results and discussionThe fabricated devices were electrically measured at room temperature using a Tektronix 370B programmable curve tracer and an Agilent B1500A semiconductor device analyzer.Figure 3shows a comparison of the reverse current den-sity versus reverse voltage between JBS (2.5,4)and JBS (3,4)from each sample.As we know,when the JBS is reverse biased,the depletion layers of the adjacent P–N junctions will spread wider,leading to a reduction in the width of the Schottky chan-nel.After the depletion layer is pinched off,a potential barrier for SBD is formed,then the depletion layer is extended toward the N C substrate with further increasing reversed voltage Œ9 .Fig.2.SEM photos of both samples.(a)Sample 1.(b)Sample 2.Fig.3.Reverse V –J characteristics of JBS diodes with different val-ues of S for samples 1and 2.However,as can be seen from this figure,the current densities from sample 1have much lower reverse current densities than those of sample 2.As mentioned above,the P-type contact for sample 2is not independently fabricated,which causes the bar-rier on the P C regions to be much higher then excepted,and the depletion layers between the two nearest P C regions will not pinch off effectively.Figure 3shows a comparison between two JBS diodes with different S .Apparently,the JBS diode with S D 2.5 m has a lower reverse current density than the one with S D 3 m.It can be seen from Fig.4that the reverse current den-Fig.4.Reverse V –J characteristics of JBS diodes with and without edge termination for samples 1and 2.sity of JBS diodes with FGRs are much lower than those with-out FGRs,since FGRs can effectively reduce the field crowd-ing in the edge of devices,it has a higher breakdown voltage.In this work,JBS diodes with a breakdown voltage of up to 400V when the current density is lower than 1A/cm 2is cre-ated with FGRs Œ10 .However,the FGR structure with different ring spacing and ring widths is difficult to optimize,and in-terface charges influence the breakdown voltage significantly,since we didn’t apply any passivation layer on the surface of the devices,so the reverse current in this work is a little higher correspondingly.The dominant mechanism of reverse current depends on the Schottky barrier height,temperature,applied voltage,sur-face status,and defects in the material.According to the tech-niques we employed during manufacture,the main reasons for a relatively high leakage current and low breakdown voltage are as follows:(1)Ti is used as the metal to form the Schottky ing the thermionic emission theory,the current through the SiC Schottky diode can be expressed byI D AAT 2exp Â B kT ÃÄexp qVnkT1;(1)where A is the diode area,A is the Richardson’s constant, B is the Schottky barrier height,n is the ideality factor,and other constants have their usual meanings.The forward V –J characteristics of SBD and JBS diodes are shown in Fig.5.Calculated with Eq.(1),the barrier height formed in this work is 0.79eV ,which is smaller than that fab-ricated with Ni ( B D 1.26eV)Œ11 .(2)Multi-step ion implantation brought in damages in the space lattice.(3)The epilayer material deterioration in high temperature annealing,which was stated previously.To reduce the damage during a high-temperature activation anneal,AlN can be used to prevent silicon evaporation from the 4H-SiC surface Œ12 .4.SummaryThe process that fabricates a P-type ohmic contact inde-pendently has been employed to fabricate 4H-SiC JBS diodes.Fig.5.Forward V –J characteristics of SBD and JBS diodes.The influence of FGRs in the reverse characteristics of JBSdiodes has been studied.Results show that the JBS diodes with P-type ohmic contact fabricated independently have a better performance than those by the customary process and with P+regions doping concentration ( 1 1018cm 3)and window spacing (2.5 m),4H-SiC JBS diodes using FGRs termination have a reverse current density lower than 1 10 3A/cm 2be-low 100V .References[1]Jun W,Yu D,Bhattacharya S,et al.Characterization,modelingof 10-kV SiC JBS diodes and their application prospect in X-ray generators.IEEE ECCE,2009,20:1488[2]Yan G,Huang A Q,Agarwal A K,et al.Integration of 1200VSiC BJT with SiC diode.20th ISPSD,2008,18:233[3]Hull B A,Sumakeris J J,O’Loughlin M J,et al.Performance andstability of large-area 4H-SiC 10-kV junction barrier Schottky rectifiers.IEEE Trans Electron Devices,2008,55(8):1864[4]Feng Z,Mohammad M I,Biplob K D,et al.Effect of crystallo-graphic dislocations on the reverse performance of 4H-SiC p–n diodes.Mater Lett,2010,64(3):281[5]Lin Z,Chow T P,Jones K A,et al.Design,fabrication,and char-acterization of low forward drop,low leakage,1-kV 4H-SiC JBS rectifiers.IEEE Trans Electron Devices,2006,53(2):363[6]Cao L H.4H-SiC gate turn-off thyristor and merged P–i–N andSchottky barrier diode.PhD Thesis,New Jersey,Rutgers Univer-sity New Brunswick,2000[7]Luo Y ,Yan F,Tone K,et al.Searching for device processingcompatible ohmic contacts to implanted P-type 4H-SiC.Proceed-ings of the International Conference on Silicon Carbide and Re-lated Materials,1999,338:1013[8]Jennings M R,P ´e rez-Tom ´a s A,Davies M,et al.Analysis of Al/Ti,Al/Ni multiple and triple layer contacts to P-type 4H-SiC.Solid-State Electron,2007,51(5):797[9]Zhang Y M,Zhang Y M,Alexandrov P,et al.Fabrication of 4H-SiC merged PN-Schottky diodes.Chinese Journal of Semicon-ductors,2001,22(3):265[10]Chen F P,Zhang Y M,Zhang Y M,et al.Study of 4H-SiC junc-tion barrier Schottky diode using field guard ring termination.Chin Phys B,2010,19(9):097107[11]Zhang L,Zhang Y M,Zhang Y M,et al.Gamma-ray radiationeffect on Ni/4H-SiC SBD.Acta Phys Sin,2009,58(4):2737[12]Jones K A,Shah P B,Kirchner K W,et al.Annealing ion im-planted SiC with an AlN cap.Mater Sci Eng,1999,61:281。

4H—SiC肖特基二极管α探测器研究

４Ｈ—ＳｉＣ肖特基二极管的结构如图１所
示。采用厚度为３６０Ｉｘｍ、氮（Ｎ）掺杂浓度为１０埔／ｃｍ的ｎ型４Ｈ— ＳｉＣ作基底，在基底上生长厚度为ｌ３ｍ、Ｎ掺杂浓度为１．５× １０／ｃｍ。
测、空间中子探测等。国内在这些方面的研究尚处于起步阶段，采用４Ｈ— ＳｉＣ制成肖特基势垒二极管，并利用川Ａｍ一仅粒子源研究其对ｏ【粒子的能谱响应，为研制在高温强辐射场下工
５７
作的新型探测器和中子探测器奠定基础。
１探测器结构及实验布局
升时间等特性。在真空室中，使ＳｉＣ探测器暴露在仪粒子下，ＳｉＣ探测器输出良好的响应信号。ＳｉＣ二极
管对５．４８６ＭｅＶａ粒子的能量分辨率最佳可达３．４％；经前置放大器ＦＨ１０４７输出和示波器观测，脉冲幅
度随偏压增加而稳定在（３５．３９±０．２１）ｍＶ；脉冲上升时间随偏压增加而稳定在（１３７．８７± ９．４４）ａｓ。４Ｈ
陈雨，范晓强，蒋勇，吴健，白立新，柏松４，陈刚，李理４
（１．四川大学物理科学与技术学院，成都６１００６４；２．中国工程物理研究院核物理与化学研究所，绵阳６２１９００；３．中国工程物理研究院中子物理重点实验室，绵阳６２１９００；
２００９年Ｆ．Ｈ．Ｒｕｄｄｙ等人＿４发表了高分辨率粒子探测器的研究，研究表明：对弼Ｐｕ源的

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• 结构：贵金属作为阳极，和以p型或者n型半导体材料作为阴极所接触形成，两者之间形成势垒。
• 应用：低压大电流输出场合用作高频整流，在高频率下用作混频和整流。
SBD工作原理
• 贵金属A为正极，以N型半导体B为负极。
• 因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子从B中向A中扩散。
除反应室。
SiC肖特基二极管结构
• 由于电子比空穴迁移率大，为获得良好的频率特性，故选用N型半导体材料作为基片。
• 高阻N-薄层的作用：为了减小SBD 的结电容，提高反向击穿电压，同时又不使串联电阻过大。
• 正面采用金属Ti 制作肖特基接触；
导通电流10 A 时，正向电压为1.6 V;
• 背面采用金属Ni，并高温退火制作欧姆接触。
反向电压600 V 时，漏电流小于10 μA。
SiC肖特基二极管应用
• 便携式电动车充电机PFC电路：由于占用新能源汽车空间和重量载荷的
缘故，对小型轻量化的要求更迫切，所以普遍地采用SiC-SBD。
• 服务器电源功率因数校正（PFC）：主要是因为大量服务器集中放置，
耗电较高，同时硅快速恢复二极管（FRD）发热较高。改用SiC-SBD后，提高效率，除了减少耗电，更重要的是降低器件温度，减少散热成本，提高了至关重要的系统可靠性。
SBD工作原理
• 当在肖特基势垒两端加上正向偏压（阳极金属接电源正极，N
型基片接电源负极）时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小；反
之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变
宽，其内阻变大。
阳极
阴极
SBD特性参数
• SiC 肖特基二极管可以在高达 3kV 的功率电子中应用功率。 • SBD主要特性参数： 1. 正向导通电压； 2. 击穿电压； 3. 反向漏电流； 4. 功率损耗； 5. 开关时间。 • 对于不同应用，各个参数的要求不同。
SBD正向导通特性
• 正向偏压下的五种基本输运过程： 1. 从半导体出发越过势垒进入金属的电子发射过程； 2. 电子穿过势垒的量子隧穿过程； 3. 空间电荷区内的复合过程； 4. 耗尽区电子的扩散过程； 5. 空穴从金属注入并扩散到半导体.
• 在正偏压时，在性能良好的 SiC SBD 中，电子发射占主导地位。
• 缺点： 1. 漏电流较大； 2. 耐压值低。
SiC材料优势
SiC材料与其他材料相比优点
• GaN的物性数据好(特别适合光学用途)，作为功率器件用途时，器件的制作技术难点多，综合比较不如SiC。
• 金刚石是终极半导体，但制作技术过程中有很多问题，现在暂时不考虑实用化。
SiC衬底及外延制备
1. 衬底制备
• 随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。
• 在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，会消弱了由于扩散运动而形成的电场。
• 当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。
2. 外延
晶体生长
外径磨削
研磨、抛光、清洗切片
平边
a. SiH4+C3H8反应室前方充分混合，输运至沉淀区； b. 源气体吸附在高温衬底上； c. 反应源气体分子与衬底材料分子发生化学反应，
形成晶粒和气态副产物； d. 成晶粒离子在4H-SiC衬底表面扩散和迁移，成岛
状或团簇状排入晶格中； e. 气态副产物在衬底表面解吸附，脱离沉淀区，排
SiC肖特基势垒二极管
谢雪健 2016.12.20
主要内容
肖特基势垒二极管介绍 SiC肖特基势垒二极管制作工艺 SiC肖特基势垒二极管的应用
肖特基势垒二极管
• 肖特基二极管，SchottkyBarrierDiode (SBD)，是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，是由金属-半导体接触形成肖特基势垒构成的微波二极管，是一种热载流子二极管。
反向阻断特性
• 当 SBD 处于反向偏压时，从金属到半导体的电子发射占主导地位，理想情况的反向电流是一个恒定值，但是实际情况中的器件其漏泄电流较大。
• 这些电流会导致功率损耗增大，增大电路的开关时间，或者引起器件的温升，从而导致一些可靠性方面的问题。
SBD优缺点
• 优点： 1. 因为肖特基势垒高度小于 PN 结势垒高度，SBD的开启电压和导通压降均比 PiN 二极管小，可以降低电路中的功率损耗较低水平； 2. SBD 的结电容较低，它的工作频率高达 100GHz； 3. SBD 是不存在少数载流子的注入因此它的开关速度更快。
• 光伏微型逆变器升压电路：主要是因为家庭光伏所用的微型逆变器体积
较小，需要提高工作频率来减小被动原件的体积。在高频下，硅F R D的效率下降。一些国家和地区（比如欧盟、加州、澳大利亚等）对光伏微逆入网有效率限制，大致为95%左右，这就使得SiC-SBD成为必须的选择。光伏微逆所用的SiC-SBD功率等级较低，应用工况（电路环境）比较理想，对产品的电环境可靠性要求较低，产品质量和成本都比较容易满足要求。