低驱动电压,高效率的SiC肖特基势垒二极管开始量产!

2010-05-10

半导体制造商ROHM株式会社(总部设在京都),最近开始了肖特基势垒二极管(SBD)"SCS110A系列"的量产,本系列产品采用了因低功耗、高耐压而有望成为下一代功率元件材料的 SiC(Silicon carbide:碳化硅)。"SCS110A系列"产品与其他公司已经量产的SiC-SBD相比,在正向电压和动作时阻抗等特性上有很大的改善,可以广泛应用于电动汽车/混合动力车等进行电源转换的变压器、转换器、PFC电路(功率因数校正电路)等领域和其他可能的领域。 
本系列新产品已在2010年4月下旬开始量产和销售,我们将视市场需求情况逐步扩大生产。生产基地定于晶圆在SiCrystal公司(德国埃尔兰根市)制造,前期工序在ROHM Apollo Device Co.,Ltd.(福冈县),后期工序在ROHM Integrated Systems (Thailand) Co., Ltd.(泰国)进行。

最近,在电力电子技术领域,电源转换时半导体元件所带来的功耗已成为一个问题,从环保角度出发,行业也在以进一步降低功耗为目标,不断进行材料特性比硅材料更优越的SiC功率元件的开发研究。在这种趋势下,2004年ROHM率先采用SiC成功试制出MOSFET产品,并成功试制出采用了SBD和这些元件的功率模块,在行业中首先推进了SiC元件/模块的研究和开发。SiC-SBD从2005年开始销售工程样品,结合客户的反馈,我们不断努力提高可靠性和改善生产性。此外,为了确保高品质的SiC晶圆,ROHM收购了德国SiCrystal公司,以建立SiC元件的一条龙生产体系。

本次开始量产的"SCS110A系列"产品的反向恢复时间(trr)是15nsec,与以往的硅材料快速恢复二极管(35nsec〜50nsec)相比大幅缩短,恢复过程中的损失减少到约三分之一。因此,变压器、转换器、PFC电路中如果采用本系列产品,可以大大降低损耗,从而减少发热量。此外,相比硅材料快速恢复二极管(FRD),由于其温度变化时的特性变化极小,散热片小型化等可望效果显著。另外,和以往的SiC-SBD相比较,具有反向恢复时间显著改善、芯片尺寸减小15%左右等优势。
本系列产品的量产,解决了肖特基势垒的均一性、高温处理中形成不必要的高抗保护环层等SiC元件的课题,并且确立了一条龙生产体制。
另外,本系列产品与已经量产的以往SiC-SBD产品相比,工作时阻抗更小、正向电压更低(VF = 1.5V(标称值)10A时),温度特性得到改善,实现了比以往产品都高的效率。

ROHM将SiC元件业务视为下一代半导体业务的核心技术之一,今后将继续推进SBD的进一步高耐压化,强化大电流产品阵容,扩展搭载MOSFET和 SiC元件的IPM(智能功率模块)等SiC相关产品阵容并实现量产化。



■SiC肖特基势垒二极管"SCS110A系列"的特点

  • 反向恢复电荷(Qrr)极小,可以高速开关
  • 提供稳定的温度特性
  • 不受温度影响的trr(反向恢复时间)特性

■碳化硅快速恢复二极管和SiC-SBD的开关波形比較

碳化硅快速恢复二极管和SiC-SBD的开关波形比較


电气特性

品名 VRM
(V)
VR
(V)
IO
(A)
IFSM
(A)
Tj
(ºC)
Tstg
(ºC)
 VF
 (V) 
  IR
 (µA) 
trr
(nsec)
Conditions
typ. IF
(A)
Max. VR
(V)
typ.
SCS110A系列 600 600 10 40 150 -55 to +150 1.5 10 2 600 15 IF=10A
VR=400V
di/dt=-350A/µsec

技术名词解释

  • SiC(Silicon carbide:碳化硅)
    相比硅,具有约为3倍的碳化物间隙,约10倍的绝缘破坏电场,约3倍的热传导率等优秀物理值的化合物半导体,这些特性都适用于功率元件应用和高温动作。
  • 肖特基势垒二极管
    利用金属和半导体的接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的二极管。无少数载流子蓄积效果,具有高速性的特点。
  • 肖特基势垒
    形成肖特基结时,在金属和半导体的界面附近形成针对电子的势垒。这就是肖特基势垒。
  • 保护环
    是指元件周围的环形空间,用于防止半导体元件的周边造成的各种影响。
  • 反向恢复时间(trr)
    正向电压转变成反向电压时,瞬间逆向电流的通电时间。

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