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Caratteristiche di tensione di tenuta (tensione inversa) degli SBD SiC

Il carburo di silicio (SiC) è un semiconduttore wide-bandgap con bandgap di 3,26 eV, molto superiore a quella del silicio (Si) (=1,12 eV). Il SiC fornisce un campo elettrico di breakdown elevato e un'elevata conducibilità termica grazie al forte legame atomico dovuto a una bassa costante di reticolo (cioè, una breve distanza atomo–atomo).

Confronto delle proprietà fisiche di Si e SiC

Caratteristiche Unità Si 4H-SiC
Bandgap eV 1,12 3,26
Mobilità degli elettroni μe cm2/Vs 1400 1000/1200
Mobilità della lacuna, μh 600 120
Campo elettrico di breakdown, Ec V/cm 3,0 × 105 2,8 × 106
Conducibilità termica, λ W/cmK 1,5 4,9
Saturazione velocità di deriva degli elettroni, Vsat cm/s 1,0 × 107 2,2 × 107
Costante  dielettrica relativa, ε   11,8 9,7/10,2

Quando un SBD con struttura convenzionale con è polarizzato inversamente, la regione di svuotamento si estende nel lato semiconduttore come mostrato sotto. L'area del triangolo formato dal campo elettrico di breakdown e dalla larghezza della regione di svuotamento rappresenta la tensione di tenuta di un SBD. La profondità della regione di svuotamento è inversamente proporzionale alla concentrazione di drogante. L'aumento della concentrazione di drogante aiuta a ridurre la resistenza del silicio e quindi la tensione diretta (VF) dell'SBD, ma a scapito della tensione di tenuta (cioè l'area del triangolo). Il campo elettrico di breakdown del SiC è quasi 10 volte superiore a quello del silicio. Come mostrato di seguito, è quindi possibile aumentare la tensione di tenuta (cioè l'area del triangolo) di un SBD SiC rispetto a un SBD Si, anche se fortemente drogato.

Inoltre, poiché il layer di svuotamento è meno allungato dalla maggiore concentrazione, lo spessore del chip può essere più sottile che  nel caso di Si. Lo spessore del semiconduttore (Si o SiC) può essere considerato come una resistenza in serie nella direzione diretta, e quindi la tensione diretta può migliorare riducendo lo spessore.

Tensione di tenuta/regione di svuotamento di un SBD Si

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