隨著半導(dǎo)體器件的應(yīng)用越來越廣泛，制造高能效產(chǎn)品成為研究人員和制造商的首要關(guān)注點。 

肖特基勢壘二極管 (SBD) 是引起研究人員和制造商興趣以實現(xiàn)高功率和高溫應(yīng)用目標(biāo)的一個關(guān)鍵組件。

由于碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等寬帶隙材料具有優(yōu)于硅 (Si) 的固有材料特性，因此工業(yè)界采用寬帶隙材料來滿足功率器件應(yīng)用中的低功耗需求。這種需求導(dǎo)致了基于 SiC 和 GaN 的 SBD 的制造。

肖特基勢壘二極管的一般示例。圖片由東芝提供

寬帶隙材料已被證明是高功率和高壓設(shè)備的有益選擇。 

例如，制造商在用于光電應(yīng)用的激光二極管中使用 GaN。此外，過去，設(shè)計人員使用這種材料來制造高電子遷移率晶體管。

考慮到這一點，本文將探討近投放市場的一些 SBD、不同的半導(dǎo)體材料如何發(fā)揮作用以及對 GaN SBD 的持續(xù)研究。 

市場上近的肖特基勢壘二極管

如今，數(shù)據(jù)中心和通信設(shè)備需要高效的電源來維持電力設(shè)備的運行。這些設(shè)備中的半導(dǎo)體在運行時會出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)損耗。 

富士電機用于數(shù)據(jù)中心和基站的 SDB

為了解決這個問題，富士電機近發(fā)布了第二代分立式碳化硅基 SBD，適用于數(shù)據(jù)中心和通信基站的電源設(shè)備。

薄基板元件使 SDB 系列與眾不同，它縮短了電流流動的距離，從而降低了大功率設(shè)備中的功率損耗。據(jù)說該產(chǎn)品旨在節(jié)約能源和實現(xiàn)脫碳社會。

ROHM 的 Side-steps 熱失控

半導(dǎo)體行業(yè)的主要參與者羅姆 (ROHM) 也為其肖特基勢壘二極管的 RBQ 和 RBR 系列增加了 12 款新產(chǎn)品。

ROHM 的 SBD。圖片由ROHM提供

效率需要較低的正向電壓，但是，這會導(dǎo)致較高的反向電流，這可能會導(dǎo)致二極管擊穿——一種稱為熱失控的現(xiàn)象。 

ROHM 的系列具有低正向電壓特性，同時保持低反向電流以避免熱失控并提高效率。

該系列旨在提供交流到直流的整流，使其在消費電子產(chǎn)品中得到應(yīng)用。

SBD 中的 Si 與 SiC 與 GaN

盡管硅具有適用于功率器件應(yīng)用中的保護和整流的材料特性，但硅基二極管已經(jīng)達(dá)到其理論極限。 

這些限制使其難以滿足高阻斷電壓、低開關(guān)損耗和高開關(guān)速度等高功率應(yīng)用所需的穩(wěn)健和高效性能要求。 

另一方面，SiC 等寬帶隙材料可提供更快的開關(guān)容量并降低功率損耗。

制造肖特基勢壘二極管的研究人員也希望利用 GaN。基于 GaN 的肖特基勢壘二極管可以在更高的頻率下運行，同時在功率轉(zhuǎn)換器中保持低功率損耗。 

研究人員注意到，  GaN 異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的二維電子氣(2DEG) 具有高濃度和高遷移率。因此，研究人員有動力在電力電子設(shè)備的高功率應(yīng)用中開發(fā) GaN。

氮化鎵基肖特基勢壘二極管的研究

已經(jīng)有一些研究實驗旨在開發(fā)用于 SBD 的 GaN。這些實驗通常旨在提高材料質(zhì)量和性能。 

在中國南京大學(xué)先進光子與電子材料重點實驗室進行的一項這樣的實驗產(chǎn)生了關(guān)于 GaN SBD 的新發(fā)現(xiàn)。 

研究人員制造了一種基于 GaN 的 SBD，其擊穿電壓為 10.6 KV，功率品質(zhì)因數(shù)（或 PFoM）超過 3.8 GW/cm2。憑借這一成果，研究人員發(fā)現(xiàn)基于 GaN 的 SBD 可能適用于超高壓應(yīng)用。

基于 GaN 的垂直功率肖特基勢壘二極管的結(jié)構(gòu)。圖片由Sun 等人提供

此外，研究人員近采用邊緣端接技術(shù)來改善基于 GaN 的垂直功率 SBD 的固有材料特性。 

邊緣終止技術(shù)包括場板，它用于減少反向偏壓下的電場擁擠。該方法用于在反向偏壓下重新分布肖特基接觸金屬邊緣的電場。

總而言之，SBD 的進步和好處是相對明顯的，并且隨著它研究 GaN 等新半導(dǎo)體材料，其勢頭將繼續(xù)增強。很高興看到基于 GaN 的 SBD 何時以及是否會進入市場。