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5-6-4-1-2 bipolare und hybride Leistungsgleichrichter

5. Siliciumcarbid-Technologie

5-6-4-1-2 bipolare und hybride Leistungsgleichrichter

2018-01-08

für höhere Spannungsanwendungen sollte die bipolare Minoritätsladungsinjektion (d. h. die Leitfähigkeitsmodulation) es ermöglichen, dass sic-pn-Dioden höhere Stromdichten als unipolare Schottky-Dioden führen, deren Driftbereiche ausschließlich unter Verwendung von Dotierstoffatom-Majoritätsträgern leiten. konsistent mit Silizium-Gleichrichter Erfahrung, sic pn-Übergang Generation bedingte Leckage ist in der Regel kleiner als thermiciassisted Schottky-Diode Reverse-Leckage. Wie bei bipolaren Siliziumvorrichtungen ist eine reproduzierbare Steuerung der Minoritätsladungsträgerlebensdauer wesentlich für die Optimierung der Leistungsdichtekompensation von Schaltstrom- und Durchlassstrom-Leistungsdifferenzen bipolarer Halbleitervorrichtungen für spezielle Anwendungen. die Reduzierung der Ladungsträgerlebensdauer durch intentionale Verunreinigung und die Einführung von strahlungsinduzierten Defekten erscheint möglich. jedoch,

Die Fähigkeit, konsistent lange Minoritätsladungsträgerlebensdauern (über eine Mikrosekunde) zu erhalten, hat sich zum jetzigen Zeitpunkt als etwas schwer fassbar erwiesen, was darauf hinweist, dass eine weitere Verbesserung der Wachstumsprozesse des Halbleitermaterials erforderlich ist, um das volle Potenzial von bipolaren Leistungsgleichrichtern zu realisieren.


zum jetzigen Zeitpunkt sind sic-bipolare Leistungsgleichrichter noch nicht im Handel erhältlich. Eine schlechte elektrische Zuverlässigkeit durch elektrisch angetriebene Expansion von 4h-epitaxialen Schichtstapelfehlern, die durch Defekte in der Basisebenenversetzung ausgelöst wurden (Tabelle 5.2), verhinderte in den späten 1990er Jahren konzertierte Anstrengungen zur Kommerzialisierung von 4h-Si-pn-Übergangsdioden. insbesondere führte die bipolare Elektron-Loch-Rekombination, die bei in Durchlassrichtung vorgespannten pn-Übergängen auftritt, zu einer Vergrößerung der Stapelunordnung in der 4h-Blockierungsschicht und bildet einen sich vergrößernden Quantentopf (basierend auf einer schmaleren 3c-Bandlücke), der den Transport (Diffusion) effektiv verschlechtert ) von Minoritätsträgern über die leicht dotierte Sperrschicht. als ein Ergebnis erhöhen sich die Vorwärtsspannungen von 4-Hz-Gleichrichtern, die erforderlich sind, um den Nenn-Einschaltstrom aufrechtzuerhalten, im Laufe der Zeit unvorhersagbar und in unerwünschter Weise. Wie in Abschnitt 5.4.5 diskutiert, hat die Forschung zum Verständnis und zur Überwindung dieses durch Materialdefekte ausgelösten Problems wichtige Fortschritte gemacht, so dass hoffentlich sic bipolare Leistungsgeräte innerhalb weniger Jahre kommerzialisiert werden könnten.


Ein Nachteil der großen Bandlücke besteht darin, dass größere Vorwärtsvorspannungen benötigt werden, um das Einschalt- \"Knie\" einer Diode zu erreichen, wo ein signifikanter Durchlassstrom zu fließen beginnt. wiederum kann die höhere Kniespannung zu einem unerwünschten Anstieg der Durchlassleistung im eingeschalteten Zustand führen. Die Vorteile eines 100-fach verringerten Driftbereichswiderstandes und eines viel schnelleren dynamischen Schaltens sollten jedoch die Nachteile der statischen Kniespannung bei den meisten Hochleistungsanwendungen weitgehend überwinden. während das anfängliche Einschaltknie von sic-pn-Übergängen höher ist (etwa 3 v) als für sic-Schottky-Übergänge (etwa 1 v), ermöglicht die Leitfähigkeitsmodulation sic-pn-Übergängen, einen niedrigeren Durchlassspannungsabfall für Anwendungen mit höherer Sperrspannung zu erreichen.


Hybrid-Schottky / PN-Gleichrichterstrukturen, die zuerst in Silizium entwickelt wurden, die pn-Sperrschicht-Sperrung mit niedriger Schottky-Vorwärts-Einschaltung kombinieren, sollten sich bei der Realisierung von anwendungsoptimierten Gleichrichtern als äußerst nützlich erweisen. In ähnlicher Weise können auch Kombinationen von Doppel-Schottky-Metallstrukturen und Graben-Pinch-Gleichrichterstrukturen verwendet werden, um die Vorwärts-Einschalt- und Rückwärts-Leckageeigenschaften des Gleichrichters zu optimieren.


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