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5-6-4-1-2バイポーラおよびハイブリッド電力整流器

5.炭化ケイ素技術

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5-6-4-1-2バイポーラおよびハイブリッド電力整流器

2018-01-08

より高い電圧の用途では、バイポーラ少数キャリアの電荷注入(すなわち、伝導度変調)は、ドリフト領域がドーパント原子の多数キャリアを単独で用いて動作するユニポーラショットキーダイオードよりも高い電流密度を有することを可能にすべきである。シリコン整流器の経験と一致して、SiCのpn接合生成に関連する逆リークは、通常、熱電変換​​されたショットキーダイオード逆リークよりも小さい。シリコンバイポーラデバイスの場合と同様に、スイッチング速度と特定のアプリケーション用のバイポーラデバイスのオン電流密度性能のトレードオフを最適化するには、少数キャリア寿命の再現可能な制御が不可欠です。意図的な不純物の取り込みおよび放射線誘発欠陥の導入によるキャリア寿命の短縮が実現可能である。しかしながら、

バイポーラ・パワー整流器の可能性を最大限に発揮させるためには、一貫して少数キャリア寿命(マイクロ秒以上)を得る能力がある程度分かりにくいことが判明しました。


この文書の執筆時点では、双極型電力整流器はまだ市販されていない。基底面転位欠陥(表5.2)から始まる4h-sicエピタキシャル層積層欠陥の電気的な膨張による電気的信頼性の低下は、1990年代後半の4h-sic pn接合ダイオードの商業化の努力を効果的に妨げていた。特に、順方向バイアスされたpn接合で起こる双極電子 - 正孔再結合は、4h-sic阻止層中の積層欠陥の拡大を引き起こし、輸送を効果的に低下させる拡大量子井戸(狭い3c-バンドギャップに基づく)を形成した)の低濃度ドープ接合阻止層を横切る少数キャリアからなる。その結果、定格オン電流を維持するのに必要な4h-pn pn整流器の順方向電圧は、予測不能かつ望ましくないほど時間とともに増加する。セクション5.4.5で議論されているように、この重大な欠陥誘発問題の理解と克服に向けた研究は重要な進歩を遂げたので、双極性のパワーデバイスが数年以内に商業化されることが期待されます。


ワイドバンドギャップの欠点は、大きなオン電流が流れ始めるダイオードのターンオン「ニー」に達するために大きな順方向バイアス電圧が必要であることです。順に、ニー電圧が高くなると、オン状態の電力損失が望ましくなく増加する可能性があります。しかし、100倍のドリフト領域抵抗の減少とより高速なダイナミックスイッチングの利点は、大部分の高電力アプリケーションでは、オン状態の膝電圧の欠点を大幅に克服するはずです。 sic pn接合の最初のターンオン・ニーは、約1Vの場合よりも高く(約3V)、導電性変調により、より高い阻止電圧のアプリケーションに対して、pic接合がより低い順方向電圧降下を達成することが可能になる。


pn接合逆阻止と低ショットキー順方向ターンオンを組み合わせたシリコンで最初に開発されたハイブリッドショットキー/ pn整流器構造は、アプリケーション最適化された整流器の実現に非常に有用であることがわかっています。同様に、デュアルショットキー金属構造とトレンチピンチ整流器構造との組合せも、整流器の順方向ターンオン特性および逆方向漏れ特性を最適化するために使用することができる。


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