ROHM推出了SiC肖特基勢壘二極管（以下SiCSBD）的第三代產品“SCS3系列”。SCS3系列是進一步改善了第二代SiC SBD實現的當時業界最小正向電壓，并大幅提高了抗浪涌電流性能的產品。我們就SCS3系列的特點、應用范圍展望等，采訪了負責開發的ROHM株式會社 功率元器件制造部 千賀 景先生。

－今年春天ROHM宣布推出SiC-SBD的第三代產品。后面我會問到第三代SiC-SBD的特點和相比上一代的優點，不過由于機會難得，能否請您首先介紹一下SiC-SBD的基礎內容？說實話，我認為非常了解使用了SiC（碳化硅）這種半導體的二極管和晶體管的特點的人并不多。

是啊！2010年ROHM確立SiC功率元器件的一貫制生產體制，并開始SiC-SBD和SiC-MOSFET的量產。當時的情況是SiC-SBD屬于在日本國內首創、SiC-MOSFET屬于在全球首創。作為SiC功率元器件，SiC SBD在市場上開始流通是在二十世紀初，而SiC MOSFET則僅有5年左右的歷史。

首先對SiC半導體材料的物理性質稍作說明。

SiC是在熱、化學、機械方面都非常穩定的化合物半導體，對于功率元器件來說很重要的參數都非常優異。由于其絕緣擊穿場強比Si高約10倍，因此確保耐壓所需的膜的施主（donor）濃度高，膜厚可以做到很薄，從而可實現單位面積的電阻非常低的高耐壓產品。其效果是可實現高耐壓且高速開關性能優異的多數載流子（SBD、MOSFET等）。另外，與Si材料相比，還具有帶隙寬約3倍，熱導率高約3倍的特點。

－也就是說，相比Si，SiC對于提高可高速開關的多數載流子耐壓性能來說是非常有利的半導體材料。

的確如此。我想以二極管為例詳細進行說明。下圖是SiC-SBD、Si-SBD、Si-PND的示意圖，顯示了電流流動的機理。

SiC-SBD和Si-SBD都是肖特基勢壘二極管，因此金屬與n型半導體間形成的肖特基勢壘接觸結構基本相同，電流通過多數載流子的移動而流動。之所以SiC-SBD的厚度看起來較薄，是因為如前所述，確保耐壓所需的膜厚較薄，因此可實現更低阻值。Si-PND由p型硅和n型硅的結結構組成，多數載流子和少數載流子均有助于導電。

SiC-SBD和Si-SBD都屬于通過n型半導體中的多數載流子（電子）作用而工作的多數載流子，因此具有高速開關的特點。而且，SiC-SBD還實現了Si-SBD很難實現的高耐壓。Si-SBD在實際應用中耐壓極限大概為200V左右，而ROHM已經量產的SiC-SBD產品最高達1700V，并且還正在開發更高耐壓的產品。

Si-PND屬于少數載流子，可同時實現遠超Si-SBD的高耐壓和低阻值，但其開關性能劣于多數載流子。Si-PND中提高了開關速度的產品是FRD，然而開關時的恢復特性依然劣于SBD。

右圖表示Si-SBD、Si-PND/FRD和SiC-SBD的耐壓覆蓋范圍。SiC-SBD覆蓋了Si-PND/FRD的大部分耐壓范圍，因此將該耐壓范圍的Si-PND/FRD替換為SiC-SBD，可改善恢復特性，并可在應用上發揮其優勢。

－SiC-SBD覆蓋了Si-SBD無法攀登的高耐壓范圍，那是與FRD一比高下的范圍，但其恢復特性遠遠優于FRD是嗎？

是的。下面是SiC-SBD和Si-FRD開關時的恢復特性比較。
以及兩者的溫度依賴性比較。

首先，一目了然的是SiC-SBD的恢復特性顯著優異。另外，幾乎沒有溫度依賴性。前面針對結構簡單介紹過，Si-FRD通過少數載流子作用來實現在低阻值下的ON工作。然而，在OFF時少數載流子貢獻于恢復電流，成為應用上的開關損耗。SiC-SBD是多數載流子，因而在原理上沒有這項恢復工作。僅流過元器件的結電容帶來的恢復電流，幾乎沒有溫度依賴性。

可大幅降低恢復損耗，因此有助于提高設備的效率。另外，恢復電流較小，這有利于降低噪聲，減少這些對策部件還可進一步縮減電路規模。

－還有其他需要了解的特性嗎？

正向電壓（VF）特性也有與Si-FRD產品的不同之處。看下圖會比較容易理解。

此有助于提高設備的Si-SBD的VF溫度特性與包括Si-FRD在內的Si-PND不同。Si-FRD隨著溫度升高電阻下降，VF降低，而SiC-SBD隨著溫度升高VF也升高。

這個特性有利有弊，當并聯使用Si- FRD時，當一端的二極管產生電流偏差時可能會發生熱失控，而SiC-SBD的VF升高，可使電流平衡。因此SiC-SBD從可并聯連接二極管的角度看具有優勢。反之需要注意的是抗浪涌電流性能IFSM遜于Si- FRD這一點。

－能否請您對前面的說明做一個總結？

首先，SiC是非常適合功率元器件的半導體材料，具有優異的特性。作為肖特基勢壘二極管時，具有卓越的高速性能，可實現Si-SBD無法匹敵的高耐壓元器件。從耐壓的角度可與Si-FRD一爭高下，但其恢復性能更具優勢。高速恢復特性有助于設備的效率提升和應用電路的小型化。

－那么有沒有什么課題呢？

我認為課題是與Si-FRD相比抗浪涌電流性能較差。ROHM推出的第三代SiC-SBD就是解決該課題的行動之一。第三代產品不僅具備ROHM擅長的低VF特性，還提高了抗浪涌電流性能IFSM，并改善了漏電流IR特性，采用SiC功率元器件的客戶有望進一步增加。

（未完待續）

審核編輯黃宇