安世 | 为什么所有的SiC肖特基二极管都不一样
在高功率应用中，碳化硅（SiC）的许多方面都优于硅，包括更高的工作温度以及更高效的高频开关性能。但是，与硅快速恢复二极管相比，纯 SiC 肖特基二极管的一些特性仍有待提高。本博客介绍Nexperia（安世半导体）如何将先进的器件结构与创新工艺技术结合在一起，以进一步提高 SiC 肖特基二极管的性能。
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合并 PIN 肖特基（MPS）结构可减小漏电流
金属-半导体接面的缺陷是导致 SiC 肖特基二极管漏电流的主要原因。尽管采用更厚的漂移层可减小漏电流，但也会提高电阻和热阻，从而不利于电源应用。为解决这些问题， Nexperia SiC 开发了采用混合器件结构的 SiC 二极管，如图1所示。这种“合并 PiN 肖特基”（MPS）可将肖特基二极管和并联的 P-N 二极管有效地结合在一起。
△ 标准 SiC 肖特基二极管结构（左）和 Nexperia 的 SiC MPS 二极管结构（右）
在传统肖特基结构的漂移区内嵌入 P 掺杂区，与肖特基阳极的金属构成 p 欧姆接触，并与轻度掺杂 SiC 漂移或外延层构成 P-N 结。在反向偏压下， P 阱将“驱使”最高场强的通用区域向下移动到几乎没有缺陷的漂移层，远离有缺陷的金属势垒区域，从而减小总漏电流，如图2所示。P 阱的物理位置和面积（与肖特基二极管的尺寸相比）以及掺杂浓度会影响其最终特性，同时正向压降会抵消漏电流和浪涌电流。因此，在漏电流和漂移层厚度相同的情况下， MPS 器件可在更高的击穿电压下运行。
△ 图2：SiC MPS 二极管的静态 I-V 行为（包括过流）
MPS 二极管具有更出色的浪涌电流稳健性
SiC 器件的浪涌电流性能与其单极性和相对较高的漂移层电阻相关， MPS 结构也可以提高该参数性能。这是因为，双极性器件的差分电阻低于单极性器件。正常运行时， MPS 二极管的肖特基器件传导几乎所有电流，以便像肖特基二极管那样有效运行，同时在开关期间提供相同的优势。在高瞬态浪涌电流事件期间，通过 MPS 二极管的电压会超过内置 P-N 二极管的开启电压，从而开始以更低的差分电阻传导。这可以转移电流，同时限制耗散的功率，并缓解 MPS 二极管的热应力。如果只使用肖特基二极管，而不使用 P-N 二极管，则必须使用尺寸明显超规格的肖特基二极管，以允许目标应用中出现瞬时过流事件。为限制过流，可并联连接器件（或添加额外电路），但这会增加成本。同样， P 阱的尺寸和掺杂需要在正向压降（正常运行期间）与浪涌承受能力之间进行权衡。具体优化选择取决于应用， Nexperia（安世半导体）提供适合各种硬开关和软开关应用的二极管。
MPC 二极管的反向恢复特性
除了具有更出色的静态特性， SiC MPS 二极管在动态开关操作期间也具备诸多优点。其与硅基 P-N 二极管相比的一个显著优势与反向恢复特性有关。反向恢复电荷是造成硅快速恢复二极管功率损耗的一个主要原因，因此对转换器效率会有不利影响。影响反向恢复电荷的参数有很多，包括二极管关断电流和结温。相比之下，只有多数载流子才会影响 SiC 二极管的总电流，这意味着 SiC 二极管能够表现出几乎恒定的行为，几乎不会有硅快速恢复二极管的非线性性能。因此，功率设计人员更容易预测出 SiC 的行为，因为他们无需考虑各种环境温度和负载条件。
创新的“薄型 SiC ”二极管结构可进一步提高 MPS 二极管的性能
Nexperia（安世半导体）的 MPS 二极管在制造过程中减少了芯片厚度，因此具有额外的优势。未经过处理的 SiC 衬底为 N 掺杂衬底，并会生长出 SiC 外延层，以形成漂移区。衬底最初的厚度可达500 µm ，但在外延后，这会给背面金属的电流和热流路径增加额外的电阻和热阻。因此，给定电流下的正向压降和结温也会变得更高。针对该问题， Nexperia（安世半导体）的解决方案就是将衬底的底面“磨薄”。在此工序中，材料质量和研磨精度至关重要，以避免厚度不均匀，进而降低二极管的性能（这会导致现场应用中的器件故障）。此外，由于 SiC 的硬度更高（莫氏硬度等级为9.2至9.3，而硅的硬度等级为6.5），需要采用先进的制造技术。图3显示了该工艺的效果，通过使用 Nexperia（安世半导体）的“薄型 SiC ”技术将衬底厚度减少到原来的三分之一。
△图3：与标准的 SiC 二极管结构（左）相比， Nexperia（安世半导体）的“薄型 SiC ”工艺（右）可提高二极管的电气性能和热性能。
因此，从结点到背面金属的热阻显著降低，从而降低器件的工作温度，提高器件的可靠性（由于具备更高的浪涌电流稳健性），并降低正向压降。
总结
可用 SiC 肖特基二极管的数量和类型不断增加，包括使用传统结构的 SiC 肖特基二极管和使用更先进的 MPS 结构的 SiC 肖特基二极管。Nexperia（安世半导体）的新型 SiC 肖特
在高功率应用中，碳化硅（SiC）的许多方面都优于硅，包括更高的工作温度以及更高效的高频开关性能。但是，与硅快速恢复二极管相比，纯 SiC 肖特基二极管的一些特性仍有待提高。本博客介绍Nexperia（安世半导体）如何将先进的器件结构与创新工艺技术结合在一起，以进一步提高 SiC 肖特基二极管的性能。
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合并 PIN 肖特基（MPS）结构可减小漏电流
金属-半导体接面的缺陷是导致 SiC 肖特基二极管漏电流的主要原因。尽管采用更厚的漂移层可减小漏电流，但也会提高电阻和热阻，从而不利于电源应用。为解决这些问题， Nexperia SiC 开发了采用混合器件结构的 SiC 二极管，如图1所示。这种“合并 PiN 肖特基”（MPS）可将肖特基二极管和并联的 P-N 二极管有效地结合在一起。
△ 标准 SiC 肖特基二极管结构（左）和 Nexperia 的 SiC MPS 二极管结构（右）
在传统肖特基结构的漂移区内嵌入 P 掺杂区，与肖特基阳极的金属构成 p 欧姆接触，并与轻度掺杂 SiC 漂移或外延层构成 P-N 结。在反向偏压下， P 阱将“驱使”最高场强的通用区域向下移动到几乎没有缺陷的漂移层，远离有缺陷的金属势垒区域，从而减小总漏电流，如图2所示。P 阱的物理位置和面积（与肖特基二极管的尺寸相比）以及掺杂浓度会影响其最终特性，同时正向压降会抵消漏电流和浪涌电流。因此，在漏电流和漂移层厚度相同的情况下， MPS 器件可在更高的击穿电压下运行。
△ 图2：SiC MPS 二极管的静态 I-V 行为（包括过流）
MPS 二极管具有更出色的浪涌电流稳健性
SiC 器件的浪涌电流性能与其单极性和相对较高的漂移层电阻相关， MPS 结构也可以提高该参数性能。这是因为，双极性器件的差分电阻低于单极性器件。正常运行时， MPS 二极管的肖特基器件传导几乎所有电流，以便像肖特基二极管那样有效运行，同时在开关期间提供相同的优势。在高瞬态浪涌电流事件期间，通过 MPS 二极管的电压会超过内置 P-N 二极管的开启电压，从而开始以更低的差分电阻传导。这可以转移电流，同时限制耗散的功率，并缓解 MPS 二极管的热应力。如果只使用肖特基二极管，而不使用 P-N 二极管，则必须使用尺寸明显超规格的肖特基二极管，以允许目标应用中出现瞬时过流事件。为限制过流，可并联连接器件（或添加额外电路），但这会增加成本。同样， P 阱的尺寸和掺杂需要在正向压降（正常运行期间）与浪涌承受能力之间进行权衡。具体优化选择取决于应用， Nexperia（安世半导体）提供适合各种硬开关和软开关应用的二极管。
MPC 二极管的反向恢复特性
除了具有更出色的静态特性， SiC MPS 二极管在动态开关操作期间也具备诸多优点。其与硅基 P-N 二极管相比的一个显著优势与反向恢复特性有关。反向恢复电荷是造成硅快速恢复二极管功率损耗的一个主要原因，因此对转换器效率会有不利影响。影响反向恢复电荷的参数有很多，包括二极管关断电流和结温。相比之下，只有多数载流子才会影响 SiC 二极管的总电流，这意味着 SiC 二极管能够表现出几乎恒定的行为，几乎不会有硅快速恢复二极管的非线性性能。因此，功率设计人员更容易预测出 SiC 的行为，因为他们无需考虑各种环境温度和负载条件。
创新的“薄型 SiC ”二极管结构可进一步提高 MPS 二极管的性能
Nexperia（安世半导体）的 MPS 二极管在制造过程中减少了芯片厚度，因此具有额外的优势。未经过处理的 SiC 衬底为 N 掺杂衬底，并会生长出 SiC 外延层，以形成漂移区。衬底最初的厚度可达500 µm ，但在外延后，这会给背面金属的电流和热流路径增加额外的电阻和热阻。因此，给定电流下的正向压降和结温也会变得更高。针对该问题， Nexperia（安世半导体）的解决方案就是将衬底的底面“磨薄”。在此工序中，材料质量和研磨精度至关重要，以避免厚度不均匀，进而降低二极管的性能（这会导致现场应用中的器件故障）。此外，由于 SiC 的硬度更高（莫氏硬度等级为9.2至9.3，而硅的硬度等级为6.5），需要采用先进的制造技术。图3显示了该工艺的效果，通过使用 Nexperia（安世半导体）的“薄型 SiC ”技术将衬底厚度减少到原来的三分之一。
△图3：与标准的 SiC 二极管结构（左）相比， Nexperia（安世半导体）的“薄型 SiC ”工艺（右）可提高二极管的电气性能和热性能。
因此，从结点到背面金属的热阻显著降低，从而降低器件的工作温度，提高器件的可靠性（由于具备更高的浪涌电流稳健性），并降低正向压降。
总结
可用 SiC 肖特基二极管的数量和类型不断增加，包括使用传统结构的 SiC 肖特基二极管和使用更先进的 MPS 结构的 SiC 肖特基二极管。Nexperia（安世半导体）的新型 SiC 肖特
安世 | 如何选择符合应用散热要求的半导体封装
为了满足应用的散热要求，设计人员需要比较不同半导体封装类型的热特性。在本博客中， Nexperia（安世半导体）讨论了其焊线封装和夹片粘合封装的散热通道，以便设计人员选择更合适的封装。
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焊线器件中的热传导如何实现
焊线封装器件中的主要散热通道是从结参考点到印刷电路板（PCB）上的焊点，如图1所示。按照一阶近似的简单算法，次要功耗通道的影响（如图所示）在热阻计算中可以忽略不计。
夹片粘合器件中的双热传导通道
夹片粘合封装在散热上与焊线封装的区别在于，器件结的热量可以沿两条不同的通道耗散出去，即通过引线框架（与焊线封装一样）和夹片框架散热。
结到焊点 Rth（ j-sp ）的热阻定义因为两个参考焊点的存在而变得更加复杂。这些参考点的温度可能不同，导致热阻成为一个并联网络。
Nexperia（安世半导体）使用相同方法来提取夹片粘合器件和焊线器件的 Rth（ j-sp ）值。该值表征从芯片到引线框架再到焊点的主要散热通道，使得夹片粘合器件的值与类似 PCB 布局中的焊线器件值相似。然而，在提取 Rth（ j-sp ）值时，并没有充分利用第二条通道，因此器件的总体散热潜力通常更高。
事实上，第二条关键的散热通道让设计人员有机会改进 PCB 设计。例如，对于焊线器件，只能通过一条通道来散热（二极管的大多数热量通过阴极引脚耗散）；而对于夹片粘合器件，两个端子均可散热。
半导体器件散热性能的仿真实验
仿真实验表明，如果 PCB 上的所有器件端子都有散热通道，可以显著改善热性能。例如，在 CFP5 封装的 PMEG6030ELP 二极管中（图3），35%的热量通过铜夹片传递到阳极引脚，65%的热量通过引线框架传递到阴极引脚。
"通过仿真实验证实，将散热片分成两个部分（如图4所示）更有利于散热。
如果将一个1 cm² 的散热片分成两个0.5 cm² 的散热片，分别放置于两个端子的下方，在相同的温度下，二极管可以耗散的功率会增加6%。
与标准的散热设计或者仅连接在阴极处的6 cm² 散热片相比，两个3 cm² 散热片可以增加约20%的功率耗散。"
Nexperia帮助设计人员选择更适合其应用的封装，部分半导体器件制造商不会向设计人员提供必要信息，导致设计人员无法确定哪种封装类型能为其应用提供更好的散热性能。在本文中， Nexperia（安世半导体）介绍了其焊线器件和夹片粘合器件中的散热通道，帮助设计人员为其应用做出更好的决策。
为了满足应用的散热要求，设计人员需要比较不同半导体封装类型的热特性。在本博客中， Nexperia（安世半导体）讨论了其焊线封装和夹片粘合封装的散热通道，以便设计人员选择更合适的封装。
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焊线器件中的热传导如何实现
焊线封装器件中的主要散热通道是从结参考点到印刷电路板（PCB）上的焊点，如图1所示。按照一阶近似的简单算法，次要功耗通道的影响（如图所示）在热阻计算中可以忽略不计。
夹片粘合器件中的双热传导通道
夹片粘合封装在散热上与焊线封装的区别在于，器件结的热量可以沿两条不同的通道耗散出去，即通过引线框架（与焊线封装一样）和夹片框架散热。
结到焊点 Rth（ j-sp ）的热阻定义因为两个参考焊点的存在而变得更加复杂。这些参考点的温度可能不同，导致热阻成为一个并联网络。
Nexperia（安世半导体）使用相同方法来提取夹片粘合器件和焊线器件的 Rth（ j-sp ）值。该值表征从芯片到引线框架再到焊点的主要散热通道，使得夹片粘合器件的值与类似 PCB 布局中的焊线器件值相似。然而，在提取 Rth（ j-sp ）值时，并没有充分利用第二条通道，因此器件的总体散热潜力通常更高。
事实上，第二条关键的散热通道让设计人员有机会改进 PCB 设计。例如，对于焊线器件，只能通过一条通道来散热（二极管的大多数热量通过阴极引脚耗散）；而对于夹片粘合器件，两个端子均可散热。
半导体器件散热性能的仿真实验
仿真实验表明，如果 PCB 上的所有器件端子都有散热通道，可以显著改善热性能。例如，在 CFP5 封装的 PMEG6030ELP 二极管中（图3），35%的热量通过铜夹片传递到阳极引脚，65%的热量通过引线框架传递到阴极引脚。
"通过仿真实验证实，将散热片分成两个部分（如图4所示）更有利于散热。
如果将一个1 cm² 的散热片分成两个0.5 cm² 的散热片，分别放置于两个端子的下方，在相同的温度下，二极管可以耗散的功率会增加6%。
与标准的散热设计或者仅连接在阴极处的6 cm² 散热片相比，两个3 cm² 散热片可以增加约20%的功率耗散。"
Nexperia帮助设计人员选择更适合其应用的封装，部分半导体器件制造商不会向设计人员提供必要信息，导致设计人员无法确定哪种封装类型能为其应用提供更好的散热性能。在本文中， Nexperia（安世半导体）介绍了其焊线器件和夹片粘合器件中的散热通道，帮助设计人员为其应用做出更好的决策。
电压保护器件：TDK推出用于LIN和CAN的新产品以扩展其汽车用压敏电阻系列
TDK推出用于汽车的两款AVRH压敏电阻系列新产品。此两款新品均具备较高的静电放电（ESD）抗扰度，进而确保先进驾驶辅助系统（ADAS）等安全关键汽车功能的安全运行。
唯样商城为您提供各类TDK器件
AVRH系列符合AEC-Q200标准，工作温度最高可达到150 °C
LIN用压敏电阻采用环保设计，为较小的客户设备实现了小型化空间需求，同时减少材料的使用，CAN用压敏电阻具有二合一阵列结构，集两个压敏电阻的功能于一体，将不同通道之间的电容差降至最低
TDK AVRH系列的两款新型压敏电阻均符合汽车级AEC-Q200标准，且在静电放电试验中均达到了IEC 61000-4-2标准项下的25 kV抗扰要求。两款产品的工作温度范围为-55 °C到+150 °C，不仅满足耐静电放电要求，并且将空间需求降到了最低，顺应汽车原始设备制造商（OME）的小型化趋势。
随着汽车原始设备制造商不断增加和优化车道偏离警告、防撞和自适应巡航控制等ADAS功能，汽车的物料清单（BOM）也在不断增加。电动汽车（EV）、混合动力汽车和传统油车皆是如此。与此同时，汽车制造商也在努力提高自动驾驶功能，而这意味着需要更多更复杂的电子元器件。管理所有这些新型电子子系统的电子控制单元（ECU）尤其容易受到静电放电损害，因为对于安全关键ADAS和自动驾驶功能而言，即便是极其短暂的中断也是不可接受的。
压敏电阻是处理电压严重异常情况的基本电路元件。在汽车应用中，它们可以保护精密的电子控制单元，是符合AEC-Q200和IEC 61000-4-2等汽车级安全标准的关键。
AVRH10C220YT201MA8压敏电阻旨在为LIN总线上的电气元器件提供支持，最大连续电压为16 V，电容为200 pF。1005尺寸（1.0毫米（长）x 0.5毫米（宽） x 0.5毫米（高））比现有产品小75%。更小的尺寸允许客户的设备尺寸更小，进而减少材料的使用。本产品还采用TDK自有涂层技术，提高了耐用性。尽管尺寸小巧，但其稳定性足以达到汽车质量标准。
AVRH16A2C270KT200NA8压敏电阻旨在为CAN总线上的电子元器件提供支持，其具有二合一阵列结构，将两个压敏电阻的功能集成于单一元件中。此外，本产品采用了TDK自有设计技术，最大限度地减少了通道之间的电容差。尺寸为1608（1.6毫米（长） x 0.8毫米（宽） x 0.6毫米（高））。
未来，TDK 将继续扩大产品阵容，通过进一步缩小产品尺寸、提高工作电压范围和扩大电容范围等方式，为客户的多元化汽车设备设计工作提供灵活的支持。
IEC 61000-4-2：国际电工委员会（IEC）制定的静电放电抗扰度标准
CAN：控制器局域网， 车载LAN的通信协议之一
LIN：局域互联网络，一种为降低汽车网络成本而设计的通信标准
ADAS：先进驾驶辅助系统
ECU：电子控制单元
ESD：静电放电
TDK推出用于汽车的两款AVRH压敏电阻系列新产品。此两款新品均具备较高的静电放电（ESD）抗扰度，进而确保先进驾驶辅助系统（ADAS）等安全关键汽车功能的安全运行。
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AVRH系列符合AEC-Q200标准，工作温度最高可达到150 °C
LIN用压敏电阻采用环保设计，为较小的客户设备实现了小型化空间需求，同时减少材料的使用，CAN用压敏电阻具有二合一阵列结构，集两个压敏电阻的功能于一体，将不同通道之间的电容差降至最低
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压敏电阻是处理电压严重异常情况的基本电路元件。在汽车应用中，它们可以保护精密的电子控制单元，是符合AEC-Q200和IEC 61000-4-2等汽车级安全标准的关键。
AVRH10C220YT201MA8压敏电阻旨在为LIN总线上的电气元器件提供支持，最大连续电压为16 V，电容为200 pF。1005尺寸（1.0毫米（长）x 0.5毫米（宽） x 0.5毫米（高））比现有产品小75%。更小的尺寸允许客户的设备尺寸更小，进而减少材料的使用。本产品还采用TDK自有涂层技术，提高了耐用性。尽管尺寸小巧，但其稳定性足以达到汽车质量标准。
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未来，TDK 将继续扩大产品阵容，通过进一步缩小产品尺寸、提高工作电压范围和扩大电容范围等方式，为客户的多元化汽车设备设计工作提供灵活的支持。
IEC 61000-4-2：国际电工委员会（IEC）制定的静电放电抗扰度标准
CAN：控制器局域网， 车载LAN的通信协议之一
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ESD：静电放电
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