肖特基、快恢復(fù)二極管及TVS
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由于Si和GaAs的勢壘高度和臨界電場比寬帶半導(dǎo)體材料低，用其制作的SBD擊穿電壓較低，反向漏電流較大。碳化硅(SiC)材料的禁帶寬度大(2.2eV~3.2eV)，臨界擊穿電場高(2V/cm~4×106V/cm)，飽合速度快(2×107cm/s)，熱導(dǎo)率高為4.9W/(cm·K)，抗化學(xué)腐蝕性強，硬度大，材料制備和制作工藝也比較成熟，是制作高耐壓、低正向壓降和高開關(guān)速度SBD的比較理想的新型材料。1999年，美國Purdue大學(xué)在美國海軍資助的MURI項目中，研制成功4.9kV的SiC功率SBD，使SBD在耐壓方面取得了根本性的突破。 SBD的正向壓降和反向漏電流直接影響SBD整流器的功率損耗，關(guān)系到系統(tǒng)效率。低正向壓降要求有低的肖特基勢壘高度，而較高的反向擊穿電壓要求有盡可能高的勢壘高度，這是相矛盾的。
對勢壘金屬必須折衷考慮，故對其選擇顯得十分重要。對N型SiC來說，Ni和Ti是比較理想的肖特基勢壘金屬。由于Ni/SiC的勢壘高度高于Ti/SiC，故前者有更低的反向漏電流，而后者的正向壓降較小。為了獲得正向壓降低和反向漏電流小的SiCSBD，采用Ni接觸與Ti接觸相結(jié)合、高/低勢 壘雙金屬溝槽(DMT)結(jié)構(gòu)的SiCSBD設(shè)計方案是可行的。采用這種結(jié)構(gòu)的SiCSBD，反向特性與Ni肖特基整流器相當(dāng)，在300V的反向偏壓下的反向漏電流比平面型Ti肖特基整流器小75倍，而正向特性類似于NiSBD。采用帶保護環(huán)的6H-SiCSBD，擊穿電壓達550V。
SiC是制作功率半導(dǎo)體器件比較理想的材料，2000年5月4日，美國CREE公司和日本關(guān)西電力公司聯(lián)合宣布研制成功12.3kV的SiC功率二極管，其正向壓降VF在100A/cm2電流密度下為4.9V。這充分顯示了SiC材料制作功率二極管的巨大威力。在SBD方面，采用SiC材料和JBS結(jié)構(gòu)的器件具有較大的發(fā)展?jié)摿?。在高壓功率二極管領(lǐng)域，SBD肯定會占有一席之地。肖特基(Schottky)二極管的最大特點是正向壓降 VF 比較小。在同樣電流的情況下，它的正向壓降要小許多。另外它的恢復(fù)時間短。它也有一些缺點:耐壓比較低，漏電流稍大些。選用時要全面考慮。
長期以來，在輸出12V~24V的SMPS中，次級邊的高頻整流器只有選用100V 肖特基二極管的SBD或200V的FRED。在輸出24V~48V的SMPS中，只有選用200V~400V的FRED。設(shè)計者迫切需要介于100V~200V之間的150VSBD和用于48V輸出SMPS用的200VSBD。近兩年來，美國IR公司和APT公司以及ST公司瞄準(zhǔn)高壓SBD的巨大商機，先后開發(fā)出150V和200V的SBD。為解決SBD在高溫下易產(chǎn)生由金屬-半導(dǎo)體的整流接觸變?yōu)闅W姆接觸而失去導(dǎo)電性這一肖特基勢壘的退化問題，APT公司通過退火處理，形成金屬-金屬硅化物-硅勢壘，從而提高了肖特基勢壘的高溫性能與可靠性。 ST公司研制的150VSBD，是專門為在輸出12V~24V的SMPS中替代200V的高頻整流FRED而設(shè)計的。
晶閘管又稱為可控硅整流器，我們經(jīng)常也叫可控硅，單向可控硅它是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，中間形成三個PN結(jié)，總共有三個極：陽極，陰極和控制極。只要在陽極和陰極加正向電壓并且控制板極有觸發(fā)電流就能導(dǎo)通。值得注意的是：可控硅一旦導(dǎo)通，控制電壓便失去了對它的控制作用，不論有沒有控制電壓，也不論控制電壓的極性如何，將一直處于導(dǎo)通狀態(tài)。要想關(guān)斷，只有把陽極電壓降低到某一臨界值或者施加反向電壓。而對于雙向晶閘管來說，它相當(dāng)于兩個單向晶閘管的反向并聯(lián)，這樣的話雙向晶閘管在正、反兩個方向上都能夠控制導(dǎo)電，因此，雙向晶閘管的正、反向伏安特性曲線具有對稱性，所以給雙向晶閘管的控制極加正的或負的觸發(fā)脈沖，都能使管子觸發(fā)導(dǎo)通，因此普遍用于交流控制開關(guān)場合。
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