電源網深圳工程師交流年會|時科SHIKUES——《二極管在大環境下的運用》

4,2602018-12-04

作為電源電子行業的深度交流平臺，2018年11月24日電源網工程師技術交流年度盛會成功的在深圳馬哥孛羅好日子酒店舉行。

本次特邀請到眾多專家學者，包括北京理工大學研究員沙德尚老師，半導體應用聯盟前秘書長陶顯芳老師，武漢大學光電工程學院，光電子半導體激光技術專家杜佐兵老師，特約專家毛聖華等資深學者，以及時科工程師戴群峰壹同分享知識，討論技術，給到場的學者壹場技術上的饕餮盛宴。

當然如果妳沒有到現場，那就讓小編帶妳全程回顧時科工程師戴群峰現場講的《二極管在大環境下的應用》

以下內容由現場演講整理：

在探討二極管在大環境的應用之前，先看壹看半導體產業，半導體分立元器件所處的大環境。首先看看半導體產業的外部應用環境的變更：

之前主要增長點是PC和移動智能終端，近些年的增長點是物流網，電子汽車等。

其次再來看看半導體產業內部環境。半導體產業可分為集成電路和半導體分立元器件（LED和傳感器等不單獨劃分）。然而人們說到半導體產業就會想到集成電路，關註集成電路市場的變更，往往容易忽略分立元器件，主要原因有：

在這樣的內部和外部環境下，半導體分立元器件的優勢，發展方向和前景在哪？

因為以上幾點優勢，所以半導體分立元器件依舊被廣泛應用，主要發展方向也在大電流，大功率，耐壓方面（後面會著重分析），最近壹些年和集成電路的市場占有比值壹直是2:8左右，沒有多大變化，相信在未來壹些年依舊會保持。

隸屬於半導體分立元器件的壹種，二極管在這樣的環境下將如何不斷擴充自我的性能來滿足不斷變更的應用環境呢？

第壹，不斷開發自我功能和品種：二極管的起始

這麽多年的發展，應用不斷的挖掘和擴充

接下來我們著重來看壹下，單獨壹種二極管是怎樣擴充其應用的，研發人員是從哪些方面對其進行改進的。

以肖特基為例，追本溯源肖特基二極管是肖特基博士研發的，金屬和半導體組成，形成電場構成肖特基勢壘。優點就是VF低，開關速度快，損耗低；缺點就是耐壓低，IR大。

為了不斷滿足大環境的應用，肖特基的研發方向是更大電流，耐壓，更低VF和IR。為了實現這些特性，研發人員是從哪些方向去改善的呢？

下面我从MOS管的常用曲线中引入SOA的曲线进行分析如下图：

由圖可以看出，要想提高肖特基二極管的性能，可以從內部結構，封裝，和新型材料等方面進行提升。

首先從內部結構的更新，對比傳統的結構和新型的結構

在此以我司的一颗物料进行对比分析：

可以看出，采用溝道結構，15A的電流只要在TO-277的封裝就可以滿足要求，而且正向電流15A時VF（typ）=0.45V。

再者可以從封裝上面進行創新，有幾種不同的方案，有壹些增大散熱片體積，有壹些是正反面都有散熱片等等，我公司采用的更薄的封裝確能得到更好的散熱和性能，原理如下：

我公司這種解決方案在國內是最早的壹批，現在不僅應用在肖特基上面，也已經應用在整流橋上面了：

最後壹種是采用新的材料，如下

SiC絕緣擊穿場強是Si的10倍，因此能夠以具有更高的雜質濃度和更薄的厚度的漂移層作出600V～數千V的高耐壓功率器件。

SiC材料卻能夠以高頻器件結構的多數載流子器件（肖特基勢壘二極管和MOSFET）去實現高耐壓，從而同時實現 “高耐壓”、“低導通電阻”、“高頻” 這三個特性。

另外，帶隙較寬，是Si的3倍，因此SiC功率器件即使在高溫(175°C)下也可以穩定工作。

隨著材料科學，成產工藝等的不斷推高，以後會有更多更優秀的二極管問世以滿足各種應用的需求。