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SiC-Schottky-Dioden (SBDs) mit geringem Schaltverlust

Eine SBD ist ein Unipolargerät, das durch die Sperrschicht eines Halbleiters mit einem Metall gebildet wird. Prinzipiell haben SBDs keine Sperrverzugszeit, die Probleme mit pn-Sperrschichtdioden verursachen kann. So tragen SBDs dazu bei, Schaltverluste beim Ausschalten deutlich zu reduzieren.

Eine pn-Sperrschichtdiode ist bipolar, da die Leitfähigkeit sowohl durch Löcher als auch durch Elektronen bedingt wird. Bei der pn-Sperrschichtdiode gibt es eine Sperrverzugszeit, da Minoritätsladungsträger (Elektronen im Falle der p-Schicht und Löcher im Falle der n-Schicht) während des Abschaltens an der Sperrschicht verbleiben. Im Gegensatz dazu gibt es bei unipolaren SBDs keine Sperrverzugszeit. Da die Raumladungszone an der Sperrschicht zwischen einem Metall und einem Halbleiter eine Kapazität aufweist, fließt aufgrund ihrer Lade- und Entladeflüsse Strom. Obwohl diese Kapazität mit der Temperatur und der Sperrspannung zusammenhängt, wird sie im Hochspannungsbereich, in dem herkömmliche SiC-SBD-Anwendungen verwendet werden, kaum beeinflusst.

Darüber hinaus ist die Kapazität nicht vom Strom abhängig. Im Gegensatz zur Kapazität von pn-Sperrschichtdioden ist sie kaum von einem Strom abhängig, der kleiner als der Nenngleichstrom ist. SiC-SBDs mit MPS-Struktur können jedoch von Minoritätsladungsträgern bei Strom, der den Nenngleichstromwert überschreitet, betroffen sein.

Die Kapazität einer SBD wird wie folgt berechnet:

C(VR) = S x [ ε x q x Nd/{2 x (Vbi + VR)}]^0,5
 

Vbi: Integrierte Spannung (= Arbeitsfunktion eines Metalls – Arbeitsfunktion eines n-dotierten (p-dotierten) Halbleiters)

S: Sperrbereich, ε: Dielektrizitätskonstante, q: Elementarladung, Nd: Dotierstoffkonzentration

VR: Sperrspannung
 

Auch wenn Vbi eine Funktion der Temperatur ist, ist sie durch Vbi << VR zu vernachlässigen.

 

SiC vs Si Ausschaltwellenform (125 ℃)

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