碳化硅（SiC）由于其固有的寬帶隙和高導(dǎo)熱性的材料特性而被廣泛用于中高壓電力半導(dǎo)體器件的制造中。如今，肖特基二極管，MOSFET和JFET是市場(chǎng)上最受歡迎的SiC功率器件。尤其是SiC肖特基二極管已成功用于電力應(yīng)用近20年。最早的SiC肖特基二極管采用純肖特基勢(shì)壘二極管（SBD）結(jié)構(gòu)。后來，它發(fā)展成為一種具有低反向泄漏電流的結(jié)型勢(shì)壘肖特基（JBS）結(jié)構(gòu)。最新的結(jié)構(gòu)稱為合并式PN肖特基（MPS），其浪涌電流處理能力大大提高。

WeEn Semiconductors于2014年發(fā)布了基于100mm SiC晶片的650V SiC MPS二極管，并于2017年發(fā)布了基于150mm高質(zhì)量SiC晶片的650V SiC MPS二極管。今年早些時(shí)候，基于成熟的150mm晶片技術(shù)，WeEn推出了1200V SiC MPS二極管和AEC。 -Q101汽車級(jí)650V SiC MPS二極管。

擁有50多年的悠久歷史，WeEn在功率半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。設(shè)計(jì)過程包括根據(jù)客戶需求，使用EDA工具進(jìn)行設(shè)備和過程仿真，掩膜設(shè)計(jì)和過程設(shè)計(jì)，鑄造中的制造，組裝以及可靠性測(cè)試來設(shè)置設(shè)計(jì)目標(biāo)。經(jīng)過幾輪試驗(yàn)，優(yōu)化，壽命測(cè)試和應(yīng)用測(cè)試，發(fā)布了具有最佳設(shè)計(jì)的合格產(chǎn)品。

為了追求最佳的器件性能，所有WeEn SiC肖特基二極管均采用了合并式PN肖特基（MPS）結(jié)構(gòu)。在高的正向電流密度下，PN結(jié)將開始向二極管的漂移區(qū)注入少數(shù)載流子（電導(dǎo)率調(diào)制），并將接替肖特基結(jié)的電流傳導(dǎo)。因此，在高電流密度下，MPS將具有比常規(guī)JBS結(jié)構(gòu)更低的正向電壓降。這使得MPS器件能夠承受更高的浪涌電流。但是，增加PN面積將導(dǎo)致較少的肖特基面積。當(dāng)雙極結(jié)構(gòu)尚未運(yùn)行時(shí)，這會(huì)導(dǎo)致額定正向電流下的“導(dǎo)通電阻”增加。因此，在標(biāo)稱正向傳導(dǎo)能力和浪涌電流處理能力之間需要權(quán)衡。精心設(shè)計(jì)的P+島和專有的歐姆接觸過程，實(shí)現(xiàn)了有效的浪涌電流傳導(dǎo)路徑，對(duì)有效肖特基面積沒有顯著影響。這使WeEn SiC MPS二極管具有出色的浪涌電流處理能力，而不會(huì)損失標(biāo)稱電流傳導(dǎo)能力。

圖1：WeEn SiC MPS二極管的示意截面圖和電流分布

適用于生產(chǎn)功率器件的SiC晶片由兩層組成：厚的襯底層和生長(zhǎng)在其上的薄的外延層。厚的基板為大型SiC晶片提供了在半導(dǎo)體加工，處理和運(yùn)輸過程中所需的機(jī)械穩(wěn)定性。然而，基板的電功能是最小的。阻擋高反向電壓的二極管功能被外延層覆蓋，并且僅在正向操作中，襯底才充當(dāng)電流傳導(dǎo)路徑。不幸的是，該電流傳導(dǎo)路徑具有串聯(lián)電阻。市售的SiC襯底沒有提供高摻雜濃度，因此串聯(lián)電阻非常明顯，尤其是對(duì)于650V SiC器件。這導(dǎo)致不希望的功率損耗。

圖2：WeEn NXPSC04650 4A，650V MPS二極管和其他公司的JBS二極管在25℃時(shí)的正向IV特性比較

SiC是一種非常堅(jiān)硬的材料，它對(duì)諸如磨削的機(jī)械處理提出了許多挑戰(zhàn)：防裂，表面粗糙度和厚度均勻性–僅舉幾例。盡管如此，領(lǐng)先的制造工藝和出色的質(zhì)量控制使WeEn能夠提供碳化硅產(chǎn)品，其碳化硅產(chǎn)品的厚度僅為市場(chǎng)上標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的1/3。薄裸片使WeEn SiC二極管具有更好的電流傳導(dǎo)能力和更低的熱阻。

嚴(yán)格的生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制是保證產(chǎn)品性能穩(wěn)定的基本要素。為了向客戶提供最可靠的SiC二極管產(chǎn)品，WeEn建立了全面的質(zhì)量和可靠性控制系統(tǒng)和程序。所有SiC產(chǎn)品必須通過100％靜態(tài)參數(shù)測(cè)試，100％浪涌電流處理測(cè)試（I FSM）和100％雪崩能力測(cè)試（UIS）。產(chǎn)品符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)或什至更嚴(yán)格的可靠性測(cè)試要求；例如，HTRB測(cè)試時(shí)間從1000小時(shí)延長(zhǎng)到3000小時(shí)。

憑借其出色的材料性能，SiC肖特基二極管的性能要比硅PN結(jié)二極管好得多。結(jié)合先進(jìn)的芯片設(shè)計(jì)能力和成熟的制造工藝，WeEn現(xiàn)在可以制造出卓越的SiC肖特基二極管。

編輯：hfy