电源网深圳工程师交流年会|時科SHIKUES——《二极管在大环境下的运用》

2018/ 11/ 26

作为电源电子行业的深度交流平台,2018年11月24日电源网工程师技术交流年度盛会成功的在深圳马哥孛罗好日子酒店举行。


本次特邀请到众多专家学者,包括北京理工大学研究员沙德尚老师,半导体应用联盟前秘书长陶显芳老师,武汉大学光电工程学院,光电子半导体激光技术专家杜佐兵老师,特约专家毛圣华等资深学者,以時科工程师师戴群峰一同分享知识,讨论技术,给到场的学者一场技术上的饕餮盛宴。


当然如果你没有到现场,那就让小编跟你全程回顾時科工程师戴群峰现场讲的《二极管在大环境下的应用


以下内容由现场演讲整理:


在探讨二极管在大环境的应用之前,先看一看半导体产业,半导体分立元器件所处的大环境。首先看看半导体产业的外部应用环境的变更:


之前主要增长点是PC和移动智能终端,近些年的增长点是物流网,电子汽车等。


其次再来看看半导体产业内部环境。半导体产业可分为集成电路和半导体分立元器件(LED和传感器等不单独划分)。然而人们说到半导体产业就会想到集成电路,关注集成电路市场的变更,往往容易忽略分立元器件,主要原因有:


首先优缺点对比:

在这样的内部和外部环境下,半导体分立元器件的优势,发展方向和前景在哪?


先说一下优势:

因为以上几点优势,所以半导体分立元器件依旧被广泛应用,主要发展方向也在大电流,大功率,耐压方面(后面会着重分析),最近一些年和集成电路的市场占有比值一直是2:8左右,没有多大变化,相信在未来一些年依旧会保持。

 

隶属于半导体分立元器件的一种,二极管在这样的环境下将如何不断扩充自我的性能来满足不断变更的应用环境呢?


第一, 不断开发自我功能和品种:二极管的起始

这么多年的发展,应用不断的挖掘和扩充

接下来我们着重来看一下,单独一种二极管是怎样扩充其应用的,研发人员是从哪些方面对其进行改进的。


以肖特基为例,追本溯源肖特基二极管是肖特基博士研发的,金属和半导体组成,形成电场构成肖特基势垒。优点就是VF低,开关速度快,损耗低;缺点就是耐压低,IR大。


为了不断满足大环境的应用,肖特基的研发方向是更大电流,耐压,更低VF和IR。为了实现这些特性,研发人员是从哪些方向去改善的呢?


下面我从MOS管的常用曲线中引入SOA的曲线进行析如下图:

由图可以看出,要想提高肖特基二极管的性能,可以从内部结构,封装,和新型材料等方面进行提升。


首先从内部结构的更新,对比传统的结构和新型的结构



在此以我司的一颗物料进行对比分析:

可以看出,采用沟道结构,15A的电流只要在TO-277的封装就可以满足要求,而且正向电流15A时VF(typ)=0.45V。


再者可以从封装上面进行创新,有几种不同的方案,有一些增大散热片体积,有一些是正反面都有散热片等等,我公司采用的更薄的封装确能得到更好的散热和性能,原理如下:


参数对比如下:



我公司这种解决方案在国内是最早的一批,现在不仅应用在肖特基上面,也已经应用在整流桥上面了:


最后一种是采用新的材料,如下

SiC绝缘击穿场强是Si的10倍,因此能够以具有更高的杂质浓度和更薄的厚度的漂移层作出600V~数千V的高耐压功率器件。


SiC材料却能够以高频器件结构的多数载流子器件(肖特基势垒二极管和MOSFET)去实现高耐压,从而同时实现 “高耐压”、“低导通电阻”、“高频” 这三个特性。

另外,带隙较宽,是Si的3倍,因此SiC功率器件即使在高温(175°C)下也可以稳定工作。

 

随着材料科学,成产工艺等的不断推高,以后会有更多更优秀的二极管问世以满足各种应用的需求。

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