为何SiC肖特基势垒二极管(SBD)耐压高?

碳化硅(SiC)是一种宽带隙半导体。如下表所示,与硅(Si)相比,SiC具有高带隙、高介电击穿强度、高饱和速度等特性。

当对普通结构的SBD施加反向偏置电压时,耗尽层会从金属-半导体界面扩散。此时电场的图像如图所示,介电击穿强度在金属-半导体界面处最大。介电击穿强度即电场的最大理论值,绝缘强度等于耗尽层宽度和电场所表示的三角形区域的面积。

由于SiC的介电击穿强度约为Si的10倍,因此可形成高耐压的SiC SBD。

Si和主要宽带隙半导体的物理特性

特性 单位 Si 4H-SiC 6H-SiC 3C-SiC GaN GaAs 金刚石
带隙 eV 1.12 3.26 3.02 2.23 3.39 1.43 5.47
电子迁移率μe cm2/Vs 1400 1000/1200 450/100 1000 900 8500 2200
空穴迁移率μh 600 120 100 50 150 400 1600

介电击穿

强度Ec

V/cm 3.0×105 2.8×106 3.0×106 1.5×106 3.3×106 4.0×105 1.0×107
导热系数λ W/cmK 1.5 4.9 4.9 4.9 2.0 0.5 20

饱和电子

漂移速度Vsat

cm/s 1.0×107 2.2×107 1.9×107 2.7×107 2.7x107 2.0×107 2.7×107

相对介电

常数ε

  11.8 9.7/10.2 9.7/10.2 9.7 9.0 12.8 5.5
介电击穿区域

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