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5-6-4-1-2 rectificadores de potencia bipolares e híbridos

5. tecnología de carburo de silicio

5-6-4-1-2 rectificadores de potencia bipolares e híbridos

2018-01-08

para aplicaciones de mayor voltaje, la inyección de carga del portador minoritario bipolar (es decir, la modulación de conductividad) debería permitir que los diodos pn sic lleven mayores densidades de corriente que los diodos schottky unipolares cuyas regiones de derivación conducen únicamente utilizando portadores mayoritarios de átomos dopantes. en consonancia con la experiencia del rectificador de silicio, la fuga inversa relacionada con la generación de uniones de pn sic suele ser más pequeña que la pérdida inversa del diodo schottky termiónico. como con los dispositivos bipolares de silicio, el control reproducible de la vida útil de la portadora minoritaria será esencial para optimizar la velocidad de conmutación versus las compensaciones de rendimiento de la densidad de corriente en el estado de los dispositivos bipolares sic para aplicaciones específicas. la reducción de la vida útil del portador a través de la incorporación intencional de impurezas y la introducción de defectos inducidos por la radiación parece factible. sin embargo,

la capacidad de obtener tiempos de vida de portadores minoritarios consistentemente largos (por encima de un microsegundo) ha resultado un tanto elusiva al momento de escribir esto, indicando que se necesitan mejoras adicionales en los procesos de crecimiento del material sic para permitir el completo potencial de los rectificadores de potencia bipolares.


al momento de escribir esto, los rectificadores bipolares de energía sic aún no están disponibles comercialmente. la escasa confiabilidad eléctrica causada por la expansión eléctrica de fallas de apilamiento de capas epitaxiales 4h-sic iniciadas a partir de defectos de dislocación del plano basal (tabla 5.2) impidió efectivamente los esfuerzos concertados para la comercialización de diodos de unión pn 4h-sic a fines de la década de 1990. en particular, la recombinación bipolar del agujero de electrones que ocurre en las uniones pn polarizadas hacia adelante condujo a la ampliación del trastorno de apilamiento en la capa de bloqueo de 4h-sic, formando un pozo cuántico de agrandamiento (basado en un gap bandc 3c-sic más estrecho) que degrada el transporte ) de portadores minoritarios a través de la capa de bloqueo de unión ligeramente dopada. como resultado, los voltajes directos de los rectificadores de 4h-sicpn requeridos para mantener el aumento nominal de la corriente en el estado aumentan de forma impredecible e indeseable a lo largo del tiempo. como se discutió en la sección 5.4.5, la investigación para comprender y superar este problema material inducido por defectos ha logrado un progreso importante, de modo que con suerte los dispositivos sic bipolares podrían comercializarse en unos pocos años.


un inconveniente del ancho de banda de sic es que requiere voltajes de polarización directa más grandes para alcanzar la \"rodilla\" de encendido de un diodo donde comienza a fluir una corriente de estado significativa. a su vez, el mayor voltaje de la rodilla puede conducir a un aumento indeseable en la disipación de potencia en el estado activo. sin embargo, los beneficios de la resistencia de la región de deriva disminuida de 100 × y de una conmutación dinámica mucho más rápida deberían superar en gran medida las desventajas de voltaje de rodilla in situ en la mayoría de las aplicaciones de alta potencia. mientras que la rodilla de encendido inicial de las uniones pn sic es más alta (alrededor de 3 v) que para las uniones sic schottky (alrededor de 1 v), la modulación de conductividad permite que las uniones sicpn logren una menor caída de voltaje directo para aplicaciones de alto voltaje de bloqueo.


Las estructuras híbridas de rectificador schottky / pn desarrolladas por primera vez en silicio que combinan el bloqueo inverso de unión pn con el encendido por delante de schottky bajo deberían resultar extremadamente útiles para realizar rectificadores sic optimizados por aplicación. de manera similar, las combinaciones de estructuras duales de metal schottky y estructuras rectificadoras de trinchera de zanja también pueden usarse para optimizar las propiedades de avance y retroceso del rectificador sic.


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