4H-SiC PiN二極管特性

  具有10kV阻斷電壓的穩(wěn)壓PN二極管有效面積為9mm²,電壓阻擋外延層為150µm,摻雜濃度為(1~3)×10¹⁴cm^-3。從這個4H-SiC PIN二極管上測得的數(shù)據(jù)顯示,整個晶圓上有非常均勻的開態(tài)壓降。圖1顯示了當(dāng)電流密度為2kA/cm²時,微分導(dǎo)通電阻為3m?·cm²。圖2顯示了3.0mm×3.0mm二極管的反向特性。

 
  當(dāng)阻斷電壓為10kV時,測出的漏電流密度小于10^-4A/cm²。器件在電壓下降后仍然可重復(fù)使用。圖3顯示了設(shè)計為10kV的整流二極管,高溫測試(高達(dá)200℃)有8kV封裝能力,當(dāng)溫度超過150℃時,增加到20µA的漏電流使阻斷電壓下降為5.3kV。這個漏電流的選擇是隨機(jī)的,而且是被測試儀器所能測得的最高漏電流。  
  圖4顯示了阻斷電壓10kV,面積為9.0mm²的SiC PIN二極管,測試的開態(tài)特性對溫度的依賴關(guān)系。導(dǎo)通電壓隨溫度的下降表明,電導(dǎo)調(diào)制器件的載流子壽命隨溫度上升,而pn結(jié)禁帶寬度隨溫度減小。然而當(dāng)溫度高達(dá)200℃時,載流子遷移率的減少開始導(dǎo)致本征層微分導(dǎo)通電阻的增加。在25~200℃的溫度范圍,開態(tài)壓降的變化保持在0.4V范圍之內(nèi)。  
  對于8kV穩(wěn)壓4H-SIC PIN二極管,進(jìn)行了詳細(xì)的開關(guān)測試。圖5顯示了3.0mm×3.0mm 10kV二極管的開關(guān)特性對溫度的依賴程度。這些測試都是在相對高的反向di/dt(142A/µs)下進(jìn)行的,而且二極管從導(dǎo)通電流為20A的狀態(tài)轉(zhuǎn)換到阻擋電壓為600V的狀態(tài)。從圖5可以看出,當(dāng)溫度從25℃升至200℃時,反向電流的峰值增加了110%。當(dāng)溫度在這個范圍內(nèi)增加時,總的反向恢復(fù)電荷(即二極管經(jīng)歷反向恢復(fù)時I-t曲線下面的面積)增加了約100%。而且隨工作溫度從25℃升高到200℃,二極管的開關(guān)特性基本保持穩(wěn)定。開關(guān)電流為220A/cm²(20A)時,關(guān)斷時間從0.2µs上升到0.7µs。隨著溫度從室溫上升到200℃,總的反向恢復(fù)電荷增幅從1.17µC到3.8µC。與Si PiN二極管相比,這些二極管沒有顯現(xiàn)出快速恢復(fù)和小的噪聲信號。


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