AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇：SiC-<span style='color:red'>SBD</span>与Si-<span style='color:red'>SBD</span>比较——结构相近，为何SiC能突破200V耐压极限？
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AMEYA360代理丨ROHM SiC基础篇：SiC-SBD与Si-SBD比较——结构相近，为何SiC能突破200V耐压极限？

　　ROHM(罗姆)成立于1958年，总部位于日本京都，是全球知名半导体制造商，深耕功率半导体与碳化硅(SiC)技术多年，拥有自研 SiC 工艺与迭代升级的第四代、第五代 SiC 器件。ROHM SiC 产品以超低导通电阻、极低开关损耗、高耐温与高可靠著称，覆盖 SiC 肖特基势垒二极管(SiC-SBD)、SiC MOSFET、全 SiC 功率模块及混合 SiC 模块等，广泛应用于新能源汽车、光伏逆变、储能、充电桩、工业电源、服务器电源、UPS、电机驱动等大功率高性能场景。在 SiC-SBD 方面，ROHM 已量产 650V、1200V 产品，并持续开发 1700V 等更高耐压器件。　　Ameya 作为 ROHM 官方授权代理商，全权承接 ROHM 全系列高性能 SiC 器件，可为客户提供原厂正品现货、样品申请、批量供货、BOM 配套、替代料建议、精准选型、交期管理及全程售后技术服务。　　继SiC功率元器件的概述之后，将针对具体的元器件进行介绍。首先从SiC肖特基势垒二极管开始。　　SiC肖特基势垒二极管和Si肖特基势垒二极管　　下面从SiC肖特基势垒二极管(以下简称“SBD”)的结构开始介绍。如下图所示，为了形成肖特基势垒，将半导体SiC与金属相接合(肖特基结)。结构与Si肖特基势垒二极管基本相同，其重要特征也是具备高速特性。　　而SiC-SBD的特征是其不仅拥有优异的高速性还同时实现了高耐压。要想提高Si-SBD的耐压，只要增厚图中的n-型层、降低载流子浓度即可，但这会带来阻值上升、VF变高等损耗较大无法实际应用的问题。因此，Si-SBD的耐压200V已经是极限。而SiC拥有超过硅10倍的绝缘击穿场强,所以不仅能保持实际应用特性且可耐高压。　　ROHM的650V和1200V的SiC-SBD已经实现量产，1700V产品正在开发中。　　SiC-SBD和Si-PN结二极管　　通过Si二极管来应对SBD以上的耐压的是PN结二极管(称为“PND”)。下图为Si-PN二极管的结构。SBD是仅电子移动，电流流动，而PN结二极管是通过电子和空穴(孔)使电流流动。通过在n-层积蓄少数载流子的空穴使阻值下降，从而同时实现高耐压和低阻值，但关断的速度会变慢。　　尽管FRD(快速恢复二极管)利用PN结二极管提高了速度，但尽管如此，trr(反向恢复时间)特性等劣于SBD。因此，trr损耗是高耐压Si PN结二极管的重大研究项目。此时，开关电源无法对应高速的开关频率也是课题之一。　　右上图表示Si的SBD、PND、FRD和SiC-SBD耐压的覆盖范围。可以看出SiC-SBD基本覆盖了PND/FRD的耐压范围。SiC-SBD可同时实现高速性和高耐压，与PND/FRD相比Err(恢复损耗)显著降低，开关频率也可提高，因此可使用小型变压器和电容器，有助于设备小型化。　　以下是1200V耐压SiC-SBD技术规格的一部分。后续将针对主要特性进行介绍。　　面对SiC-SBD和Si-PND的特征进行了比较。接下来比较SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性。反向恢复特性是二极管、特别是高速型二极管的基本且重要的参数，所以不仅要比较trr的数值，还要理解其波形和温度特性，这样有助于有效使用二极管。　　SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性的不同　　首先，反向恢复或恢复是指二极管在呈反向偏置状态时，无法立即完全关断，有时会出现反向电流的现象。trr是其反向电流的流动时间。此时，前文提到SiC-SBD的trr比包含Si-FRD在内的Si-PND高速。下面我们来了解其原因和实际特性。　　简单地说,trr的速度和反向恢复特性的不同是因为二极管构造不同。这就需要谈到在半导体中移动的电子和空穴。先通过波形图来了解SiC-SBD和Si-PND反向恢复特性的不同。　　右侧波形图为SiC-SBD和高速PND即Si-FRD反向恢复时的电流和时间。从波形图可见红色的SiC-SBD反向电流少，trr也短。顺便一提，本特性因为反向电流的损耗而需要进行研究探讨。　　在这里，通过各二极管的断面图进行介绍。下图为Si-PND的偏置从正向偏置转换为反向偏置时电子和空穴的移动。　　正向偏置时注入载流子，通过空穴和电子的重新结合使电流流动。如果是反向偏置的话，n层的空穴(少数载流子)会花些时间返回p层，到完全返回为止(一部分因为寿命而消失)均有电流流动。这就是反向恢复电流。　　第2个图为SiC-SBD转换为反向偏置时的示意图。因肖特基势垒结构而不存在PN结,所以没有少数载流子，在反向偏置时n层的多数载流子(电子)只需要返回,因此只需要很少的反向恢复时间，其关断时间比PND明显缩短。　　这种反向恢复时间的差异均因为二极管结构。因此，Si-SBD的反向恢复也是高速。然而，Si-SBD现状的耐压界限是200V左右，在比其更高的电压下不能使用。而使用SiC的话，可以做出超过600V的高耐压SBD。这就是SiC-SBD的一大优点。　　下面是反向恢复特性的温度依赖性和电流依赖性相关数据。　　上段的波形图和图表表示不同温度的不同反向恢复特性。Si-FRD的温度上升时载流子浓度也随之上升，因此需要相应的反向恢复时间。随着室温的增高，反向电流和trr也会变大。而SiC-SBD因为SiC本身基本上没有温度依赖性，所以反向电流特性基本没有变化。将trr的差制作了右上的图表，通过对两种Si-FRD的比较，发现SiC-SBD的trr基本上不存在温度依赖性。　　下段的波形图表示与正向偏置时的正向电流IF的关系。由波形图可观察到SiC-SBD几乎不受影响。　　最后，虽然前面表述为SiC–SBD几乎没有反向电流，在波形图里可明显看出SiC-SBD比Si-FRD少很多，但也不是一点没有。这是因为二极管中寄生的结电容带来的影响。因此，SiC-SBD与Si-PND相比，反向电流并不是零，而是明显减少。　　前面对SiC-SBD和Si-PND的反向恢复特性进行了比较。下面对二极管最基本的特性–正向电压VF特性的区别进行说明。　　SiC-SBD和Si-PND正向电压特性的区别　　二极管的正向电压VF无限接近零、对温度稳定是比较理想的，但事实是不是零、并会受温度影响而变动。为了使大家了解SiC-SBD的VF特性，下面与Si-PND的FRD(快速恢复二极管)进行比较。　　下图是相对于SiC-SBD和Si-FRD的正向电流IF的VF特性图。是从25℃到200℃按8个级别的温度条件测量的数据。　　SiC-SBD随着温度的上升，IF开始流动，VF有些下降，但因电阻上升，斜率变缓和，在正常使用范围的IF下，VF上升。　　Si-FRD随着温度的上升，VF单纯地下降。如图中的线条轨迹所示，无论哪个温度，斜率基本相同，VF单纯下降。　　这些特性取决于其各自的物理特性和结构，但也各有各的优缺点。刚才提到理想的二极管。那么，Si-FRD的VF随着温度升高而下降，传导损耗减少，看起来好像是好事，但随着VF的下降，IF增加，即使损耗略有下降，但发热増加量更胜一筹，甚至可能陷入VF下降、IF增加的热失控状态。　　而SiC-SBD随着温度升高，VF变高，不会热失控。但是VF上升，因此具有IFSM(瞬间大电流耐受能力)比Si-FRD低的缺点。　　SiC-SBD的VF特性改善　　为提升具有卓越本质的SiC-SBD的特性，使之更加易用，开发了VF降低的新一代产品。ROHM开发了第2代系列产品。ROHM的第1代产品及其他公司类似产品的VF当IF=10A时为1.5V，而第2代产品的VF低至1.35V。下图是参考值，是25℃和125℃时的IF vs VF示意图。　　红色线条是ROHM第2代SiC-SBD的VF特性。　　trr和VF损耗相关的研究　　本篇介绍了SiC-SBD和Si-FRD的VF特性区别，下面看一下包括前篇的trr特性在内的损耗相关内容。　　为对SiC-SBD进行说明，对trr和VF进行了与Si-PND(FRD)的比较，这是有原因的。左下图是本章开头对Si二极管和SiC二极管的耐压范围进行说明时使用的。关键在于，Si-PND/FRD和SiC-SBD的耐压范围基本相同，可用于相同应用。SiC-SBD是新的元器件，换个说法可以说，现有Si-PND/FRD覆盖的范围基本上都可以用SiC-SBD替换。　　尤其是高速性很重要的应用等，在Si-FRD和SiC-SBD两者间权衡时，要想选出最适当的二极管，需要理解两者的特性。另外，毋庸置言，在探讨事项中“损耗降低”是最重要的课题。　　前篇的trr对应开关损耗，本篇的VF对应传导损耗。关于Si-FRD和SiC-SBD，右下图是这两种损耗的情况。　　trr越快VF越低，综合损耗越小。Si-FRD是trr越快，VF反而增加。而第2代SiC-SBD在保持传统SiC-SBD高速trr的基础上，将VF从1.5V降低到1.35V。　　在目前情况下，功率Si-FRD和SiC-SBD中，第2代SiC-SBD最具有降低损耗的可能性。　　Ameya：ROHM 代理商，助力 SiC-SBD 落地　　Ameya 作为 ROHM 官方授权代理商，全权承接 ROHM 全系列高性能 SiC 器件，可为客户提供原厂正品现货、精准选型、技术方案支持、样品申请及全程售后配套服务。　　ROHM SiC 产品包括：　　ROHM SiC 肖特基势垒二极管(SiC-SBD)　　ROHM SiC MOSFET　　ROHM 全 SiC 功率模块、混合 SiC 模块　　SiC 功率元器件可广泛应用于新能源汽车、光伏逆变、储能、充电桩、工业电源、服务器电源、UPS、电机驱动等领域。具体型号、电压/电流等级、封装与参数，请以 ROHM 最新数据手册为准。　　Ameya 作为 ROHM 代理商，欢迎联系获取 ROHM SiC-SBD 产品选型手册、样品与供应支持。
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发布时间：2026-10-09 16:01 阅读量：195 继续阅读>>
ROHM推出实现业界超快trr的100V耐压<span style='color:red'>SBD</span>“YQ系列”
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ROHM推出实现业界超快trr的100V耐压SBD“YQ系列”

　　全球知名半导体制造商ROHM(总部位于日本京都市)面向车载设备、工业设备、消费电子设备等的电源电路和保护电路，推出trr*1超快的100V耐压肖特基势垒二极管(以下简称“SBD”)“YQ系列”。　　二极管的种类有很多，其中高效率SBD被广泛用于各种应用。尤其是沟槽MOS结构的SBD，其VF低于平面结构的SBD，因此可以在整流等应用中提高效率。而普通沟槽MOS结构的产品，其trr比平面结构的要差，因此在用于开关应用时存在功率损耗增加的课题。针对这种课题，ROHM推出采用自有的沟槽MOS结构、同时改善了存在权衡关系的VF和IR、并实现了业界超快trr的YQ系列产品。　　“YQ系列”是继以往支持各种电路应用的4个SBD系列之后推出的新系列产品，也是ROHM首款采用沟槽MOS结构的二极管。该系列利用ROHM自有的结构设计，实现了业界超快的trr(15ns)，与同样采用沟槽MOS结构的普通产品相比，trr单项的损耗降低约37%，总开关损耗降低约26%，因此，有助于降低应用产品的功耗。另外，通过采用沟槽MOS结构，与以往采用平面结构的SBD相比，正向施加时的损耗VF* 2和反向施加时的损耗IR* 3均得到改善。这不仅可以降低在整流应用等正向使用时的功率损耗，还可以降低对于SBD而言最令人担心的热失控风险*4。这些优势使得该系列产品非常适用于容易发热的车载LED前照灯的驱动电路、xEV用的DC-DC转换器等需要进行高速开关的应用。　　新产品从2023年12月起全部投入量产(样品价格：300日元～/个，不含税)，样品可通过Ameya360等网售平台购买。今后，ROHM将持续努力提高从低耐压到高耐压半导体元器件的品质，并继续加强别具特色的产品阵容，为应用产品进一步实现小型化和更低功耗贡献力量。    <关于SBD的沟槽MOS结构>　　沟槽MOS结构是在外延层中形成沟槽(沟槽MOS)并用多晶硅填充的结构，这种结构可以缓和电场集中，从而可以降低外延层的电阻率，在正向施加时VF更低。另外，当反向施加时，可以缓和电场集中现象，从而实现更低的IR。前述的“YQ系列”通过采用这种沟槽MOS结构，与以往产品相比，VF改善了约7%，IR改善了约82%。另一方面，在普通沟槽MOS结构中，寄生电容(元器件中的电阻分量)较大，因此trr要比平面结构的差。“YQ系列”不仅改善了VF和IR，而且还利用ROHM自有的结构设计，实现了约15ns的业界超快trr。由于可将开关时的损耗降低约26%，因此非常有助于降低应用产品的功耗。　　<应用示例>　　・汽车LED前照灯 ・xEV用DC-DC转换器 ・工业设备电源 ・照明　　<产品阵容表>　　<支持页面和资源信息>　　ROHM的官网提供可以了解新产品电路优势的应用指南，以及介绍包括新产品在内的各SBD系列产品特点的白皮书。在SBD产品页面中，可以通过输入耐压条件等参数来缩小产品范围，有助于设计时顺利选择产品。详情请访问以下网址：　　■ROHM的SBD产品页面　　https://www.rohm.com.cn/products/diodes/schottky-barrier-diodes　　■应用指南　　《车载用小型高效肖特基势垒二极管“YQ系列”的优势》　　https://rohmfs-rohm-com-cn.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/cn/products/databook/applinote/discrete/diodes/yq_sbd_automotive_an-c.pdf　　■白皮书　　有助于车载、工业和消费电子设备小型化并降低损耗的ROHM SBD产品阵容　　https://rohmfs-rohm-com-cn.oss-cn-shanghai.aliyuncs.com/cn/products/databook/white_paper/discrete/diodes/sbd_lineup_wp-c.pdf　　<电商销售信息>　　电商平台：Ameya360　　产品型号：见上表。　　新产品在其他电商平台也以开始逐步发售。　　<术语解说>　　*1) 反向恢复时间：trr(Reverse Recovery Time)　　开关二极管从导通状态到完全关断状态所需的时间。该值越低，开关时的损耗越小。　　*2) 正向电压：VF(Forward Voltage)　　当电流沿从+到-的方向流动时产生的电压降。该值越低，效率越高。　　*3) 反向电流：IR(Reverse Current)　　反向施加电压时产生的反向电流。该值越低，功耗(反向功耗)越小。　　*4) 热失控　　当向二极管施加反向电压时，内部的芯片发热量超过了封装的散热量，导致IR值增加，最终造成损坏的现　　象称为“热失控”。IR值高的SBD尤其容易发生热失控，因此在设计电路时需要格外注意。
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发布时间：2024-01-23 17:41 阅读量：2722 继续阅读>>
ROHM的SiC MOSFET和SiC <span style='color:red'>SBD</span>成功应用于Apex Microtechnology的工业设备功率模块系列
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ROHM的SiC MOSFET和SiC SBD成功应用于Apex Microtechnology的工业设备功率模块系列

　　全球知名半导体制造商ROHM（总部位于日本京都市）的SiC MOSFET和SiC肖特基势垒二极管（以下简称“SiC SBD”）已被成功应用于大功率模拟模块制造商Apex Microtechnology的功率模块系列产品。该电源模块系列包括驱动器模块“SA310”（非常适用于高耐压三相直流电机驱动）和半桥模块“SA110”、“SA111”（非常适用于众多高电压应用）两种产品。　　ROHM的1,200V SiC MOSFET“S4101”和650V SiC SBD“S6203”是以裸芯片的形式提供的，采用ROHM的这些产品将有助于应用的小型化并提高模块的性能和可靠性。另外，Apex Microtechnology的功率模块系列还采用了ROHM的栅极驱动器IC“BM60212FV-C”裸芯片，这使得高耐压电机和电源的工作效率更高。此外，根据Apex Microtechnology委托外部机构进行的一项调查，与分立元器件组成的结构相比，使用裸芯片构建这些关键部件可减少67%的安装面积。　　“　　Greg Brennan, President, Apex Microtechnology表示：　　“Apex Microtechnology主要以大功率、高精度模拟、混合信号*解决方案为业务组合，我们的模块还适用于医疗设备、航空航天和人造卫星等要求苛刻的应用。由于要为各种应用产品提供电力，所以我们的目标是设计出符合严格标准的产品，并与具有高技术标准和高品质要求的供应商合作。在这过程中，ROHM作为Apex Microtechnology的SiC功率元器件供应商脱颖而出。ROHM的服务和技术支持都非常出色，使得我们能够如期将产品交付给最终用户。未来，Apex Microtechnology将会继续开发模拟和混合信号创新型解决方案，助力解决各种社会课题。另外，我们也很期待与ROHM展开更深入的合作。”　　”　　“　　Jay Barrus, President, ROHM Semiconductor U.S.A.,LLC表示：　　“APEX Microtechnology是一家为工业、测试和测量等众多应用领域提供大功率模拟模块的制造商，很高兴能与APEX Microtechnology开展合作。ROHM作为SiC功率元器件的先进企业，能够提供与栅极驱动器IC相结合的功率系统解决方案，并且已经在该领域取得了巨大的技术领先优势。我们将与APEX Microtechnology协力，通过更大程度地发挥ROHM在功率电子技术和模拟技术方面的潜力，为提高大功率应用的效率做出贡献。”　　据悉，电源和电机占全世界用电量的一大半，为实现无碳社会，如何提高它们的效率已成为全球性的社会问题。而功率元器件是提高它们效率的关键，SiC和GaN等新材料在进一步提升各种电源效率方面被寄予厚望。ROHM和Apex Microtechnology在功率电子和模拟技术领域都拥有强大的优势，双方保持着技术交流并建立了合作关系。今后，通过将ROHM的SiC功率元器件和控制技术与Apex Microtechnology的模块技术完美结合，双方将能够提供满足市场需求的出色的功率系统解决方案，从而持续为工业设备的效率提升做出贡献。
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发布时间：2023-04-13 17:25 阅读量：3327 继续阅读>>
ROHM的SiC <span style='color:red'>SBD</span>成功应用于村田制作所集团旗下企业Murata Power Solutions的数据中心电源模块
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ROHM的SiC SBD成功应用于村田制作所集团旗下企业Murata Power Solutions的数据中心电源模块

　　ROHM罗姆开发的第3代SiC肖特基二极管（以下简称“SBD”）成功应用于Murata Power Solutions的产品上。Murata Power Solutions是电子元器件、电池、电源领域的日本著名制造商——村田制作所集团旗下的一家企业。ROHM的高速开关SiC SBD产品“SCS308AH”此次成功应用于Murata Power Solutions的数据中心电源模块“D1U系列”，并且为该系列产品的性能提升和尺寸的小型化做出了贡献。　　近年来，随着以AI（人工智能）和AR（增强现实）等技术为代表的IoT领域的发展，全球数据通信量正在不断增长。特别是对于负责进行通信管理的数据中心而言，其服务器的小型化和效率提升已经成为困扰各制造商的技术难题。在这种背景下，SiC功率器件因其有助于实现电源部分的小型化和高效化而备受期待。　　Dr. Longcheng Tan, Senior Electrical Engineer and project leader, Murata Power Solutions表示：　　“通过使用SiC功率器件，可以开发出效率更高、功率密度更高的电源产品。同时，SiC功率器件还可以提高开关频率，因而可以减少无源元件和散热件的体积。村田制作所集团内部设有专门负责对SiC器件制造商及其产品进行评估的部门，我们此次之所以选择ROHM，除了ROHM产品的可靠性高以外，还在于ROHM的服务支持非常迅速，从试制阶段开始就能提供样品。此外，我们正在开发的三相逆变器中也使用了ROHM的SiC MOSFET，相关产品可以满足我们的性能要求。”　　Jay Barrus, President, ROHM Semiconductor U.S.A.,LLC表示：　　“能够为电源系统等工业设备领域的领军企业——Murata Power Solutions提供支持，我由衷地感到高兴。ROHM是SiC功率元器件的领军企业，在业内率先提供先进的元器件技术和驱动IC等产品相结合的电源解决方案，并取得了骄人的业绩。今后，ROHM将继续与Murata Power Solutions携手，通过面向工业以及数据基础设施领域尽可能地深挖SiC技术潜力，从而进一步提升电源系统的能效。”　　关于Murata Power Solutions　　Murata Power Solutions是一家设计、制造和销售DC-DC电源、AC-DC电源、磁性器件、数字式面板仪表、数据中心解决方案的企业。产品阵容涵盖标准品、半定制品和定制品。Murata Power Solutions的产品广泛应用于通信、计算机、工业控制设备、医疗保健、能源管理系统等全球主要市场领域的电子设备。　　关于Murata Power Solutions的数据中心电源模块　　Murata Power Solutions的AC-DC电源“1U前端”系列产品阵容中新增了高效率功率因数校正型前端电源模块“D1U54P-W-2000-12-HB3C”和“D1U54P-W-1200-12-HC4PC”等产品，可以实现多个电源模块并联工作。另外，“1U前端”系列还支持热插拔，具有过热、过电流、过电压等异常检测和保护功能。该系列产品不仅可以为服务器、工作站、存储系统等12V电源系统提供高可靠性、高效率的电源，而且产品还具有薄型尺寸（1U），有助于削减系统的安装面积。　　关于ROHM的SiC功率器件　　ROHM于2010年在全球开始SiC MOSFET的量产以来，作为SiC功率元器件领域的领军企业，一直在推动先进产品的技术开发。Murata Power Solutions所采用的第3代SiC SBD新产品具有总电荷量（QC）小、损耗低且开关速度高的特点。而且，与第2代SBD相比，其抗浪涌电流能力更出色，VF值更低。　　支持信息　　ROHM在官网特设网页中，介绍了SiC MOSFET、SiC SBD和SiC功率模块等SiC功率元器件的概况，同时，还发布了用于快速评估和引入第4代SiC MOSFET的各种支持资料，欢迎浏览。
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发布时间：2023-03-16 10:39 阅读量：3305 继续阅读>>

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