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4H-SiC电荷平衡浮动结势垒肖特基二极管的高Baliga品质因数验证
Demonstration of 4H-SiC Charge Balance Floating Junction Barrier Schottky Diode With High Baliga Figure of Merit
| 作者 | Jingyu Li · Qingwen Song · Hao Yuan · Fengyu Du · Haobo Kang · Tianyu Shu |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | SiC器件 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 碳化硅功率器件 多层浮动结模型 电荷平衡理论 肖特基势垒二极管 击穿特性 |
语言:
中文摘要
降低比导通电阻（Ron,sp）和提高击穿电压（BV）是碳化硅（SiC）功率器件的主要目标。本文基于电荷平衡理论建立了多层浮空结器件模型，并通过实验验证了一种优化的4H - SiC浮空结肖特基势垒二极管（CB - FJJBS）。利用电荷平衡理论，该器件实现了更均衡的电场（EF）分布，从而改善了其击穿特性。值得注意的是，该器件的巴利加优值（BFOM，即4V<sup>2</sup>/Ron,sp）达到12.1GW/cm²，比导通电阻（Ron,sp）为4.9mΩ·cm²，击穿电压（BV）为3.85kV，在已报道的碳化硅浮空结（FJ）器件中表现最优。
English Abstract
Lower specific on-resistance (Ron,sp) and higher breakdown voltage (BV) are the primary goals of silicon carbide (SiC) power devices. This letter establishes a multi-layer floating junction device model based on charge balance theory and presents an optimized 4H-SiC floating junction Schottky barrier diode (CB-FJJBS) verified through experiments. With the utilization of charge balance theory, the device achieves a more balanced electric field(EF) distribution, thereby enhancing its breakdown characteristics. Notably, the device exhibits a Baliga figure of merit (BFOM, i.e., 4V _ {B} ^{2} /Ron,sp) of 12.1 GW/cm2, a Ron,sp of {4.9~ {m }} cm2 and a BV of 3.85 kV, representing the best performance among reported SiC floating junction (FJ) devices.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项4H-SiC电荷平衡浮结势垒肖特基二极管技术具有重要的战略价值。该器件实现了12.1 GW/cm²的Baliga品质因数，导通电阻仅4.9 mΩ·cm²，击穿电压达3.85 kV，这些指标直接关系到我们核心产品的性能提升空间。
在光伏逆变器应用中，该技术的低导通电阻特性可显著降低功率损耗，提升系统转换效率0.3-0.5个百分点，这对于大型地面电站和工商业分布式项目的度电成本优化意义重大。高击穿电压特性使单管耐压能力提升，有助于简化1500V甚至未来2000V高压系统的拓扑设计，减少器件串联数量，提高系统可靠性。
对于储能变流器业务，该器件的优异开关特性能够降低PCS系统的散热需求，提高功率密度，这与我们PowerTitan等液冷储能系统的小型化、高集成度发展方向高度契合。电荷平衡理论带来的均衡电场分布也意味着更好的温度稳定性和长期可靠性，这对储能系统25年以上的生命周期要求至关重要。
然而，技术应用仍面临挑战：多层浮结结构的制造工艺复杂度较高，量产良率和成本控制需要验证；器件在实际工况下的长期可靠性数据尚需积累。建议我们与该研究团队建立合作，开展定制化器件开发和系统级验证测试，同时评估将该技术纳入下一代平台产品roadmap的可行性，抢占SiC功率器件技术制高点。