先進(jìn)SiC元件的電流與功率密度考量

　　SiC蕭特基二極體。自2001年首度發(fā)表以來已經(jīng)進(jìn)展好幾代了，每個(gè)世代產(chǎn)品都帶來功率密度的進(jìn)一步提升。自2006年起，英飛凌開始將Merged-Pin-Schottky（MPS）結(jié)構(gòu)用于600/650V二極體，主要是為了提供足夠的突波電流功能。市場(chǎng)上的其他元件皆設(shè)計(jì)為接面能障蕭特基二極體（JBS）;從設(shè)計(jì)觀點(diǎn)來看，其配置是類似的，差異在于JBS的主要目的是在反向模式中隔離電場(chǎng)與蕭特基介面，以維持較低漏電流，而MPS的主要目的則是提供突波電流。在這些二極體中，只有部分的有效區(qū)用于電流;其余部分是被動(dòng)的，在MPS的操作僅有很短的時(shí)間（脈衝模式）。因此電流密度再次呈現(xiàn)局部提升，如圖1所示以MPS二極體的基本塬理為範(fàn)例。

　　圖1：英飛凌近幾代650V MPS二極體（G3與G5產(chǎn)品）的電流密度

　　目前數(shù)據(jù)顯示已接近硅晶功率元件的最高電流密度，已知這是低電壓電晶體的數(shù)據(jù)（例如在1300A/cm2時(shí)約25V）。考量在作業(yè)溫度下的壓降（可能會(huì)是》2V），如果能在接面與外殼之間有效散熱，顯然》2kW/cm2功率密度的晶片所產(chǎn)生的熱將獲得有效散熱。

　　現(xiàn)代元件設(shè)計(jì)的另一個(gè)方向是降低晶片厚度。在SiC元件的垂直面，有效層僅有幾微米（um）厚，因此其下方的其他材料僅增加晶片的（差動(dòng)）導(dǎo)通電阻與熱阻。因此，將晶片的厚度盡可能降至最小是合理的，這通常由製造時(shí)的處理能力加以定義。英飛凌在第5代二極體（G5）推出薄型（110um）晶圓裝置，提供更進(jìn)一步的功率密度，如圖2所示。

　　圖2：由于晶粒厚度較薄，有效的Rth降低，晶片厚度在SiC二極體（銅導(dǎo)線架上5.1mm2面積與170W電流應(yīng)力）最大溫度時(shí)的效應(yīng)減少。