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La structure JBS améliorée réduit le courant de fuite et augmente la capacité du courant de choc

Alors que les diodes à barrière de Schottky (SBD) présentent des avantages, tel qu'un temps de recouvrement inverse très court (trr) et une tension directe basse (VF), elles comportent des désavantages, telles qu'un courant de fuite élevé. Les SBD SiC de Toshiba surmontent cet inconvénient grâce à l'utilisation d'une structure améliorée.

Structure JBS pour réduire le courant de fuite (IR)

Une SBD est formée par la jonction d'un semi-conducteur avec un métal. Elle agit en tant que diode en raison d'une différence dans le travail d'extraction entre un semi-conducteur et un métal. Étant donné que la structure moléculaire peut être discontinue sur l'interface semi-conducteur/métal, il peut y avoir des irrégularités sur la surface, des défauts cristallins ou d'autres anomalies. Le courant appelé courant de fuite (IR) circule lorsqu'un champ électrique est appliqué sur une interface semi-conducteur/métal avec ces défauts.

Dans les SBD disposant d'une structure conventionnelle, la zone d'appauvrissement se prolonge dans le côté semi-conducteur, comme indiqué ci-dessous ; ceci fait que le champ électrique produit par la charge électrique (ou les électrons) sera plus fort au niveau de l'interface semi-conducteur/métal.
 

Au contraire, dans une diode JBS, la zone d'appauvrissement se prolonge entre les régions p et n- qui sont partiellement enfouies sous la surface du semi-conducteur. Lorsque la tension de polarisation inverse augmente, les zones d'appauvrissement de type p se perforent et la position du champ électrique maximum se déplace directement sous la région p. Ceci réduit le champ électrique sur la surface où des défauts pourraient être présents, ce qui produit une réduction du courant de fuite.

SBD avec une structure conventionnelle

SBD avec une structure conventionnelle

SBD JSB

SBD JSB

Structure Schottky PiN (MPS) fusionnée pour augmenter la capacité du courant de choc

Lorsqu'une SBD conventionnelle est polarisée dans le sens passant, le courant circule à travers le trajet suivant : métal → barrière de Schottky → Si (n-) → Si (n+). La couche Si (n-) présente une résistance relativement large en raison de la densité des atomes dopants basses. Par conséquent, la courbe IF - VF de cette SBD ressemble à celle indiquée ci-dessous.

Les applications de SBD SiC incluent les circuits PFC, qui doivent absolument fonctionner à un courant élevé, parce qu'ils sont exposés instantanément à un courant large pendant la mise sous tension d'une alimentation, ainsi que pendant les variations de charge. Dans ce cas les SBD ayant une courbe IF - VF comme celle indiquée ci-dessous, pourraient surchauffer plus que prévu.

Courant circulant à travers une SBD conventionnelle

Courant circulant à travers une SBD conventionnelle

Courbe IF-VF d'une SBD conventionnelle

Courbe IF - VF d'une SBD conventionnelle

Pour répondre à ce problème, Toshiba a élaboré de nouvelles SBD avec une structure JBS améliorée, incorporant le concept de la structure Schottky PiN fusionnée (MPS - Merged PiN Schottky). La structure MPS a les régions p+ enfouies dans la région n- d'une SBD comme indiqué ci-dessous.  (Dans la conception de Toshiba, une partie de la couche p- de la structure JBS (la zone grisée dans la figure) est élargie et la concentration d'impuretés de cette partie est augmentée.) Les régions p+ et la région n- forment une diode à jonction, qui s'allume lorsqu'un grand courant (courant de choc) est nécessaire. Ceci augmente l'intensité maximale admissible de la SBD, en réduisant ainsi une montée de tension directe à un courant élevé et en augmentant la valeur de courant de choc maximal admissible.

La structure MPS est caractérisée par la configuration +–n-–n+ sous l'électrode d'anode.

Lorsque le courant est bas, la région n- a généralement une résistance élevée. Cependant, lorsque cette SBD est polarisée dans le sens passant, les trous est les électrons circulent dans la région n- depuis les régions p et n respectivement, tout en maintenant l'électroneutralité. À ce moment, les trous et les électrons existent tous les deux à la fois dans la région n- à une concentration élevée. En conséquence, la région n- agit en tant que région fortement dopée, en particulier à un courant élevé, en présentant une résistance très basse (modulation de conductivité). Ainsi, cette SBD a une courbe IF-VF comme indiquée ci-dessous, avec VF bas dans la région de courant élevée.

Structure JBS améliorée

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