SiC二极管在高频大功率电流型逆变器中的应用

针对电流型逆变器桥臂并联扩容时开关损耗较大的问题,对SiC肖特基二极管和Si快恢复二极管的正反向恢复特性、MOSFET并联均流特性以及容性状态下电流型逆变器工作过程进行了研究。提出了在电流型逆变器中用SiC肖特基二极管代替Si快恢复二极管以实现保持逆变器良好并联均流效果的同时降低逆变器损耗。分别搭建了基于Si快恢复二极管和SiC肖特基二极管的电流型逆变器实验平台以对比验证SiC肖特基二极管在系统扩容应用中实际效果。研究结果表明,在电流型逆变器中使用SiC肖特基二极管可以极大地降低逆变器损耗同时保持逆变器良好的均流效果,提高逆变器效率。

大功率肖特基SiC二极管热特性研究

基于小电流下肖特基结正向压降的温度特性,建立了温升测量系统。利用该系统对肖特基SiC二极管的瞬态温升进行了测量,结果显示瞬态温升曲线呈阶梯状变化。利用结构函数的方法对瞬态温升曲线进行处理,分析了肖特基SiC二极管在热流传输路径上的热阻构成。研究了三引脚封装的肖特基SiC二极管在相同大功率的条件下,两正极引脚单独使用和并联使用时的热阻特性,结果显示,在两正极引脚并联使用时,其热阻比单独作用时减少一半,这表明三引脚封装的肖特基SiC二极管的两个正极是并联的,并共用一个负极和散热片。

3.3 kV 60 A H桥高压SiC二极管模块模拟与制作

介绍了一款H桥结构的3.3 kV 60 A高压SiC二极管模块,该SiC模块是由8只自主设计制作的3.3 kV30 A SiC肖特基二极管组成,每一路桥臂由两颗芯片并联实现60 A电流。采用Q3D软件建立3.3 kV 60 A H桥高压SiC二极管模块的仿真模型,对电流回路的寄生参数进行提取。采用有限元分析软件ANSYS计算稳态热传导,建立几何模型和有限元模型,形成的温度梯度分布显示温度场的分布比较合理,同时热量的横向传导增加了有效散热面积。常温静态测试条件下,模块压降在2.1 V左右,漏电流小于5μA,击穿电压高达3 700 V以上;动态测试(测试电压1 600 V,测试电流56 A)条件下,反向恢复时间为56 ns,芯片的热阻测试结果约为0.27 K/W。

电力用高温高速SiC二极管模块

日本关西电力公司和日立公司等合作开发的电力用高温高速SiC二极管模块,可作为下一代电力变换设备用的基础元件。 SiC的物理、电气性能要比Si优越得多,日、美、欧等竞相开发。此次。

SiC肖特基二极管在全桥变换器中的应用

SiC二极管是一种新型的功率二极管,它有着无反向恢复电流的优点。本文讨论SiC二极管在UPS的全桥拓扑中的应用,理论分析了普通Si二极管反向恢复电流能引起尖峰电压,通过试验证明了无反向恢复电流的SiC二极管可以消去这部分尖峰,并且能降低开关损耗,提高电路效率。

SiC肖特基二极管在大功率PFC中的应用

有源功率因数校正(Active Power Factor Correction,简称APFC)是大功率电源应用的一项关键技术。分析了Boost PFC电路中半导体器件的开关损耗以及SiC肖特基二极管的工作特性。SiC肖特基二极管可以有效降低开关损耗,并有助于大功率APFC电路实现高频率应用。在一台3.6kW的样机上,利用SiC肖特基二极管实现了150kHz的开关工作频率。

基于SiC二极管的CCM Boost PFC电路设计与损耗分析

功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)电路是25W以上照明电器的重要组成部分。通过对连续导通(CCM)模式Boost PFC电路二极管关断过程中功率MOSFET和二极管工作过程进行分析,结合Si C二极管反向恢复特性,研究连续导通模式下采用Si C二极管的Boost PFC电路工作特性和损耗特性。样机与实验验证了在220V输入电压和320W输出功率时,采用Si C二极管连续模式下Boost PFC电路在效率和THD方面有着更优的性能,对于中大功率的LED照明驱动器有很好的应用前景。

宽禁带SiC肖特基势垒二极管的研制

采用微电子平面工艺 ,高真空电子束蒸发金属Ni作肖特基接触 ,多层金属Ni、Ti、Ag合金作欧姆接触 ,SiO2 绝缘环隔离减小高压电场集边效应等技术 ,制作出Ni/4H SiC肖特基势垒二极管 (SBD) .该器件在室温下反向击穿电压大于 450V ,对应漏电流为 6× 1 0 -6 A .并对实验结果进行分析模拟 ,理想因子为 1 .73 ,肖特基势垒高度为 1 .2 5V ,实验表明 ,该器件具有较好的正向整流特性和较小的反向漏电流 .

Pt/6H-SiC肖特基势垒二极管特性分析

采用直流磁控溅射法、Pt作肖特基接触的工艺,制作了N型6H-SiC肖特基势垒二极管,对肖特基势垒二极管的电学特性及温度特性进行了研究。实验结果表明,该器件具有很好的整流特性,反向电流小、击穿电压高,且在高温下器件波动很小,能够稳定地工作,适合于在高温(600°C)等恶劣环境下长期可靠地工作。

JTE终端结构4H-SiC JBS二极管的击穿特性研究

研究了JTE终端结构4H-SiC JBS二极管的击穿特性。首先,理论模拟了JTE终端横向长度、离子注入剂量和界面电荷对击穿电压的影响。对工艺条件进行优化,制作了JTE终端结构4H-SiC JBS二极管。测试结果表明,器件的正向电压为1.52 V,特征导通电阻为2.12 mΩ·cm^(2),击穿电压为1 650 V。接着,研究器件的变温电流-电压特性发现,正向电流主要为热发射机制,而反向电流与电压、温度有很强的依赖关系。最后进行了高温反偏应力老化测试,结果表明,击穿电压呈下降趋势。

SiC肖特基势垒二极管在PFC电路中的应用

介绍了一种SiC肖特基势垒二极管在PFC电路上的应用。利用新型材料———SiC作成的二极管具有高工作温度、高耐压、正温度系数,反向特性好的特点,降低了自身及其MOSFET的开通损耗,最直接的效果就是效率升高,同时也使EMC的效果得以改善,而且二极管可以并联使用。

SiC肖特基功率二极管在Boost功率因数校正器应用中的性能评估

实验评估了600V,4A碳化硅(SiC)肖特基二极管(英飞凌,SDP04S06)的性能。作为一种重点的应用,作者考虑选用一种300W,按平均电流模式控制的Boost功率因数校正器(PFC)。作者测量了采用该型号SiC肖特基二极管和采用两种超快、软恢复的硅功率二极管(RURD460和目前正被列入的STTH5R06D)制成的整机的效率、开关损耗、二极管损耗和电磁干扰(EMI)等特性。本文比较了这些结果,特别是定量地考察了SiC二极管提供的恢复电流的减小对该变换器行为的这些关键参数的影响。基于试验结果,本文表明在功率因数校正器设计中, 采用SiC二极管只是在高开关频率时才是合算的。

SiC基中子探测器对热中子的响应

以SiC二极管和中子转换材料6 LiF为基础,研制了SiC基中子探测器,并用241 Am源与临界装置分别研究了SiC基中子探测器的α粒子响应、热中子响应。结果表明:SiC基中子探测器能够满足241 Am源α粒子的计数测量,但由于SiC二极管灵敏区薄,故不能用于5.48MeV的α粒子能谱测量;SiC基中子探测器对热中子响应良好,不同功率下,脉冲幅度谱中可清晰看到由6 Li(n,α)3 H的反应产物α粒子、3 H粒子形成的双峰;脉冲幅度甄别法可将γ射线及电子学噪声甄别掉;在直接测量与符合测量中,SiC基中子探测器的计数率均与临界装置功率成线性关系,且直接测量的线性度比符合测量的线性度好,最好可达0.999 97。研究表明:降低肖特基接触金属的厚度、增加其外延层厚度、提高其外延层品质,可将SiC二极管用于带电粒子能谱测量。

快速恢复外延二极管和Sic肖特基二极管

介绍了快恢复二极管（FRD）的反向恢复性,讨论了 F R D 的硬特性与软特性.分析了快恢复外延二极管（FRED）工艺改进对二极管特性的影响.并介绍了 S iC 肖特基二极管的特点及目前达到的技术指标.

SiC电力电子学产业化技术的创新发展

进入21世纪后,宽禁带半导体SiC电力电子学发展迅速,SiC二极管和SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)先后进入商品化,在电动汽车等绿色能源的应用发展的带动下,SiC电力电子学进入产业化快速发展阶段。介绍了SiC电力电子学在大尺寸SiC单晶,低成本SiC功率器件制造,SiC二极管、SiC MOSFET、SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT)和SiC门极关断晶闸管(GTO)等功率器件,SiC封装和模块,以及高开关频率SiC器件的应用创新等产业化技术方面的最新进展。其中包含了大尺寸SiC单晶生长技术,基于商用Si CMOS生产线的SiC功率器件制备新工艺,SiC二极管的新结构与新工艺,SiC MOSFET的超级结结构、FinFET结构、高k介质栅与可靠性技术,SiC IGBT和SiC GTO的n沟道新器件及载流子寿命增强新工艺,SiC功率模块的设计与新装联工艺,SiC功率器件应用的新拓扑结构,栅极驱动电路与抑制寄生效应的新技术等。分析和评价了SiC电力电子学产业化的发展态势。

SiC JFET SJEP120R063特性分析及其在逆变器中的应用

介绍了SiC JFET SJEP120R063的工作特性,由于该器件正向损耗低,可有助于提高大功率逆变电路的开关频率和工作效率。设计了采用SJEP120R063实现的三相逆变器,并进行了实验研究,结果表明用具有较小的导通电阻和正向损耗的SJEP120R063,逆变器的工作效率可以提高到98%。

SiC电力电子学产业化技术的创新发展(续)

进入21世纪后,宽禁带半导体SiC电力电子学发展迅速,SiC二极管和SiC金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)先后进入商品化,在电动汽车等绿色能源的应用发展的带动下,SiC电力电子学进入产业化快速发展阶段。介绍了SiC电力电子学在大尺寸SiC单晶,低成本SiC功率器件制造,SiC二极管、SiC MOSFET、SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT)和SiC门极关断晶闸管(GTO)等功率器件,SiC封装和模块,以及高开关频率SiC器件的应用创新等产业化技术方面的最新进展。其中包含了大尺寸SiC单晶生长技术,基于商用Si CMOS生产线的SiC功率器件制备新工艺,SiC二极管的新结构与新工艺,SiC MOSFET的超级结结构、FinFET结构、高k介质栅与可靠性技术,SiC IGBT和SiC GTO的n沟道新器件及载流子寿命增强新工艺,SiC功率模块的设计与新装联工艺,SiC功率器件应用的新拓扑结构,栅极驱动电路与抑制寄生效应的新技术等。分析和评价了SiC电力电子学产业化的发展态势。

超低导通电阻RON的SiC沟槽器件

本文介绍了下一代碳化硅(SiC)平面MOSFET、沟槽结构肖特基二极管和沟槽MOSFET器件。首先,开发了SiC平面MOSFET,可以抑制在正向电流通过时引起寄生PN结二极管的劣化。其次,开发了新型沟槽SiC肖特基二极管,与传统SiC二极管相比,在可接受的漏电流条件下,具有更低的正向压降。第三,开发了新型双沟槽结构SiC MOSFET,在保持超低导通电阻的同时提高了器件的可靠性,其主要原因在于新结构有效降低了槽栅底部的最大电场强度,抑制了栅氧的击穿。

1200 V/100 A高温大电流4H-SiC JBS器件的研制

基于SiC结势垒肖特基（JBS）二极管工作原理及其电流/电场均衡分布理论,采用高温大电流单芯片设计技术及大尺寸芯片加工技术,研制了1 200 V/100 A高温大电流4H-SiC JBS二极管。该器件采用优化的材料结构、有源区结构和终端结构,有效提高了器件的载流子输运能力。测试结果表明,当正向导通压降为1.60 V时,其正向电流密度达247 A/cm^2（以芯片面积计算）。在测试温度25和200℃时,当正向电流为100 A时,正向导通压降分别为1.64和2.50 V;当反向电压为1 200 V时,反向漏电流分别小于50和200μA。动态特性测试结果表明,器件的反向恢复特性良好。器件均通过100次温度循环、168 h的高温高湿高反偏（H3TRB）和高温反偏可靠性试验,显示出优良的鲁棒性。器件的成品率达70%以上。