总结肖特基势垒二极管对宽带隙材料的利用

随着半导体器件的应用越来越广泛，制造高能效产品成为研究人员和制造商的首要关注点。 

肖特基势垒二极管 (SBD) 是引起研究人员和制造商兴趣以实现高功率和高温应用目标的一个关键组件。

由于碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等宽带隙材料具有优于硅 (Si) 的固有材料特性，因此工业界采用宽带隙材料来满足功率器件应用中的低功耗需求。这种需求导致了基于 SiC 和 GaN 的 SBD 的制造。

 

肖特基势垒二极管的一般示例。图片由东芝提供

 

宽带隙材料已被证明是高功率和高压设备的有益选择。 

例如，制造商在用于光电应用的激光二极管中使用 GaN。此外，过去，设计人员使用这种材料来制造高电子迁移率晶体管。

考虑到这一点，本文将探讨近投放市场的一些 SBD、不同的半导体材料如何发挥作用以及对 GaN SBD 的持续研究。 

 

市场上近的肖特基势垒二极管

如今，数据中心和通信设备需要高效的电源来维持电力设备的运行。这些设备中的半导体在运行时会出现稳态损耗。 

 

富士电机用于数据中心和基站的 SDB

为了解决这个问题，富士电机近发布了第二代分立式碳化硅基 SBD，适用于数据中心和通信基站的电源设备。

薄基板元件使 SDB 系列与众不同，它缩短了电流流动的距离，从而降低了大功率设备中的功率损耗。据说该产品旨在节约能源和实现脱碳社会。

 

ROHM 的 Side-steps 热失控

半导体行业的主要参与者罗姆 (ROHM) 也为其肖特基势垒二极管的 RBQ 和 RBR 系列增加了 12 款新产品。

 

ROHM 的 SBD。图片由ROHM提供

 

效率需要较低的正向电压，但是，这会导致较高的反向电流，这可能会导致二极管击穿——一种称为热失控的现象。 

ROHM 的系列具有低正向电压特性，同时保持低反向电流以避免热失控并提高效率。

该系列旨在提供交流到直流的整流，使其在消费电子产品中得到应用。

 

SBD 中的 Si 与 SiC 与 GaN

尽管硅具有适用于功率器件应用中的保护和整流的材料特性，但硅基二极管已经达到其理论极限。 

这些限制使其难以满足高阻断电压、低开关损耗和高开关速度等高功率应用所需的稳健和高效性能要求。 

另一方面，SiC 等宽带隙材料可提供更快的开关容量并降低功率损耗。

制造肖特基势垒二极管的研究人员也希望利用 GaN。基于 GaN 的肖特基势垒二极管可以在更高的频率下运行，同时在功率转换器中保持低功率损耗。 

研究人员注意到，  GaN 异质结构中的二维电子气(2DEG) 具有高浓度和高迁移率。因此，研究人员有动力在电力电子设备的高功率应用中开发 GaN。

 

氮化镓基肖特基势垒二极管的研究

已经有一些研究实验旨在开发用于 SBD 的 GaN。这些实验通常旨在提高材料质量和性能。 

在中国南京大学先进光子与电子材料重点实验室进行的一项这样的实验产生了关于 GaN SBD 的新发现。 

研究人员制造了一种基于 GaN 的 SBD，其击穿电压为 10.6 KV，功率品质因数（或 PFoM）超过 3.8 GW/cm2。凭借这一成果，研究人员发现基于 GaN 的 SBD 可能适用于超高压应用。

 

基于 GaN 的垂直功率肖特基势垒二极管的结构。图片由Sun 等人提供

 

此外，研究人员近采用边缘端接技术来改善基于 GaN 的垂直功率 SBD 的固有材料特性。 

边缘终止技术包括场板，它用于减少反向偏压下的电场拥挤。该方法用于在反向偏压下重新分布肖特基接触金属边缘的电场。

总而言之，SBD 的进步和好处是相对明显的，并且随着它研究 GaN 等新半导体材料，其势头将继续增强。很高兴看到基于 GaN 的 SBD 何时以及是否会进入市场。