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思越木結構|功率肖特基二極管結構及電路圖形符號

更新時間:2023-12-18 文章作者:佚名 信息來源:網絡整理 閱讀次數:

功率肖特基晶閘管包括普通功率肖特基勢壘三極管(PowerDiode,SBD)、結勢壘控制的肖特基(,JBS)三極管,以及肖特基與pin的復合三極管,如pin與肖特基并聯結構(,MPS)晶閘管、溝槽氧化物的pin-肖特基復合結構(Oxidepin,TOPS)晶閘管及軟快恢復三極管(SoftandFastDiode,SFD)等,據悉,還有肖特基-超結(SJ-SBD)復合晶閘管。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

1.結構類型jJ0物理好資源網(原物理ok網)

肖特基晶閘管的檢波作用是由金屬與半導體硅之間產生的接觸勢壘來實現的。因為肖特基的勢壘高度高于pn結的勢壘高度,使其在小電壓下正向壓增加,擊穿電抬高,反向漏電壓大。功率肖特基晶閘管致力提升其功率特點,有以下三類結構。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

(1)普通功率肖特基勢壘晶閘管(SBD)結構如圖1a所示,它是在肖特基晶閘管中降低了一個低參雜含量的n-甩尾區,由肖特基結和n-甩尾區及n+陰極區組成。結勢壘控制的肖特基晶閘管(JBS)結構如圖1b所示,在產生肖特基結之前,先通過離子注入或擴散在n-甩尾區上產生p區,使p區與肖特基結產生網狀平面結構。于是由p區、n-甩尾區及n+襯底產生了一個pin結構,所以,JBS晶閘管相當于一個功率肖特基勢壘晶閘管與pin晶閘管的并聯。在反偏電流下,pn結空間電荷區擴充,通過JFET的作用將肖特基結屏蔽上去,使其不受外加電流的影響。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

圖1功率肖特基晶閘管的結構及電路圖形符號jJ0物理好資源網(原物理ok網)

(2)肖特基-pin復合晶閘管結構為了提升功率肖特基晶閘管的耐壓,增加正向壓降,并降低反向恢復軟度,在JBS晶閘管結構的基礎上發展了圖2所示的肖特基-pin復合晶閘管結構。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

如圖2a所示,MPS晶閘管結構與JBS晶閘管結構很相像。其反向擊穿與JBS晶閘管的相同,只是在低電壓密度下,pin晶閘管不導通,但在較高的電壓密度下,p區向n-甩尾區注入空穴,會形成濁度調制效應肖特基二極管(Schottkydiode),所以能增加正向壓降,并容許很大的電壓流過金屬-半導體接觸。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

圖2各類肖特基-pin復合晶閘管結構比較jJ0物理好資源網(原物理ok網)

如圖2b所示,TOPS晶閘管結構是在n外延層上先選擇性蝕刻出深溝槽,之后在溝槽頂部通過離子注入產生p區,最后用氫氧化鋁和砷化鎵依次填充溝槽。與MPS晶閘管結構相比,該結構可以使緊靠陽極側的空穴含量進一步減少。目前,采用TOPS晶閘管結構制做的晶閘管反向擊穿電流已達到1.2kV,可作為IGBT的續流晶閘管,明顯減少IGBT的開通幀率,并抑制開關噪音。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

如圖2c所示,SFD結構是通過用A1-Si取代A1電極在p區之間的n-甩尾區表面產生一個極薄的p-區,以控制淺p-n結注入效率,并保護肖特基結。A1-Si/Si接觸在500~550℃退火后產生的勢壘高度為0.89~0.79eV,這與Pt/Si的勢壘高度相仿,比純A1勢壘高度更高,因而實現高耐壓和低漏電壓,并獲得比普通pin晶閘管更快、更軟的反向恢復特點。目前,采用SFD和超軟快恢復(U-SFD)結構已使晶閘管的反向電流分別達到4kV和6.5kV。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

(3)超結-肖特基(SJ-SBD)晶閘管結構如圖3a所示,SJ-SBD晶閘管結構是借助自對準工藝在輕參雜上的p或n區上產生硅化物肖特基結,在重參雜的p+或n+區產生歐姆接觸。因為超結能提升晶閘管的反向擊穿能力,肖特基可增加其正向壓降。所以,采用SJ-SBD結構,可以實現高擊穿電流和低漏電壓,并提升通流能力,克服功率肖特基晶閘管的不足。圖3b所示為半超結-肖特基晶閘管結構,其中降低了n緩沖層與p緩沖層,可進一步提高JBS電場屏蔽作用,減少漏電壓,并改善反向恢復特點。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

肖特基二極管(Schottkydiode)_二極管肖特基是干什么的_二極管肖特基并聯電流怎么求jJ0物理好資源網(原物理ok網)

圖3基于超結的功率肖特基晶閘管結構jJ0物理好資源網(原物理ok網)

2.制做工藝jJ0物理好資源網(原物理ok網)

功率肖特基晶閘管制做的關鍵是肖特基結的產生。通過在輕參雜的n-型硅外延層上蒸發或濺射相應的金屬或硅化物()肖特基二極管(Schottkydiode),之后經過適當固溶便可產生。硅化物有很穩定的功函數WF,故產生的肖特基晶閘管有較好的穩定性和重復性。功率肖特基晶閘管也能用p型硅來做,但因其正向偏置電流特別低,致使漏電壓很大,所以甚少使用。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

制做肖特基結的金屬有好多種,如鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、鎢(W)或鉬(Mo)等。為了增加幀率,可采用低勢壘高度的金屬。當環境濕度較高時,為了抑制漏電壓,需采用高勢壘的金屬。肖特基勢壘高度Ubi取決于金屬的功函數。表1給出了n型硅表面產生肖特基的金屬功函數及勢壘高度。可見,勢壘高度Ubi隨金屬功函數的降低而降低。當固溶體溫提升時,金屬與硅界面會發生反應而生成金屬硅化物。表2給出了n型硅與硅化物產生的肖特基勢壘高度。可見,采用Mosi2,產生的勢壘高度最低,采用PtSi2產生的勢壘高度最高,故在低溫環境下工作的功率肖特基晶閘管可用PtSi2來制做。jJ0物理好資源網(原物理ok網)

表1n-Si上金屬的功函數及肖特基勢壘高度jJ0物理好資源網(原物理ok網)

表2n-Si上金屬硅化物的肖特基勢壘高度jJ0物理好資源網(原物理ok網)

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