新一代SiC元件備受矚目

    碳化硅的硬度很大，具有優良的導熱和導電性能，高溫時能抗氧化。高純度的單晶SiC可用于半導體制造，而SiC元件作為具有優異特性的新一代功率半導體備受矚目。SiC的絕緣破壞電場比Si大1位數左右，理論上SiC導通電阻可比Si減小2位數以上。原因是導通電阻與絕緣破壞電場3次方成反比。導通電阻小，因此可減小使用電源電路時的耗電量。另外，SiC的導熱率比Si高、散熱性好，因此有望縮小冷卻裝置。

　　由于Si和GaAs的勢壘高度和臨界電場比寬帶半導體材料低，用其制作的SBD擊穿電壓較低，反向漏電流較大。碳化硅（SiC）材料的禁帶寬度大(2.2eV～3.2eV)，臨界擊穿電場高（2V/cm～4×106V/cm），飽合速度快（2×107cm/s），熱導率高為4.9W/（cm·K），抗化學腐蝕性強，硬度大，材料制備和制作工藝也比較成熟，是目前制作高耐壓、低正向壓降和高開關速度SBD的比較理想的新型材料。

    SiC是制作功率半導體器件比較理想的材料，著眼于這些特性，多家廠商和研究機構正在積極進行研究開發。

    1999年，美國Purdue大學在美國海軍資助的MURI項目中，研制成功4.9kV的SiC功率SBD，使SBD在耐壓方面取得了根本性的突破。

    2000年5月4日，美國CREE公司和日本關西電力公司聯合宣布研制成功12.3kV的SiC功率二極管，其正向壓降VF在100A/cm2電流密度下為4.9V。這充分顯示了SiC材料制作功率二極管的巨大威力。

    2008年9月，有兩項發表值得關注。一是采用日產汽車與羅姆聯合開發出的SiC二極管汽車逆變器。日產汽車已將該逆變器配備于燃料電池車上開始行駛實驗。二是本田技術研究院與羅姆僅僅利用SiC開發出的由逆變器和轉換器構成的功率模塊。

　　SBD的正向壓降和反向漏電流直接影響SBD整流器的功率損耗，關系到系統效率。低正向壓降要求有低的肖特基勢壘高度，而較高的反向擊穿電壓要求有盡可能高的勢壘高度，這是相矛盾的。因此，對勢壘金屬必須折衷考慮，故對其選擇顯得十分重要。對N型 SiC來說，Ni和Ti是比較理想的肖特基勢壘金屬。由于Ni/SiC的勢壘高度高于Ti/SiC，故前者有更低的反向漏電流，而后者的正向壓降較小。為了獲得正向壓降低和反向漏電流小的SiCSBD，采用Ni接觸與Ti接觸相結合、高/低勢壘雙金屬溝槽（DMT）結構的SiCSBD設計方案是可行的。采用這種結構的SiCSBD，反向特性與Ni肖特基整流器相當，在300V的反向偏壓下的反向漏電流比平面型Ti肖特基整流器小75倍，而正向特性類似于 NiSBD。采用帶保護環的6H－SiCSBD，擊穿電壓達550V。

　　據報道，C.M.Zetterling等人采用6H�睸iC襯底外延10μm的N型層，再用離子注入形成一系列平行P＋條，頂層勢壘金屬選用Ti，這種結構與圖2相類似的結勢壘肖特基（JunctionBarrierSchottky，縮寫為 JBS）器件，正向特性與Ti肖特基勢壘相同，反向漏電流處于PN結和Ti肖特基勢壘之間，通態電阻密度為20mΩ·cm2，阻斷電壓達1.1kV，在 200V反向偏壓下的漏電流密度為10μA/cm2。此外，R·Rayhunathon報道了關于P型4H�睸iCSBD、6H�睸iCSBD的研制成果。這種以Ti作為金屬勢壘的P型4H�睸iCSBD和6H�睸iCSBD，反向擊穿電壓分別達600V和540V，在100V反向偏壓下的漏電流密度小于0.1μA/cm2（25℃）。