Toshiba 用于工业设备的第三代碳化硅肖特基势垒二极管

肖特基二极管：

以金属为阳极，以N型半导体为阴极，利用二者接触面上形成的肖特基势垒（Schottky barrier）的整流特性而制成的金属-半导体二极管器件。

优点：单极型器件，只有一种载流子，从正向导通到反向截止，没有反向恢复行为，具有反向恢复时间（trr）短、正向电压（VF）低，适用于高频开关电路。
缺点：存在泄漏电流大（硅基肖特基二极管的这个缺点更明显，所以耐压做不高）。


结势垒肖特基二极管（JBS：Junction Barrier Controlled Schottky Diode） : 

SBD是由半导体与金属的接合形成的。由于半导体和金属之间的势垒不同，它起着二极管的作用。由于半导体-金属界面上的分子结构可能是不连续的，因此可能会出现表面不规则、晶体缺陷或其它异常现象。当强电场作用于含有这些缺陷的半导体-金属界面时，会有所谓的泄漏电流（IR）流动。在具有传统结构的SBD中，耗尽区延伸到半导体侧（如下所示），导致电荷（或电子）产生的电场在半导体-金属界面处最强。

肖特基结构做成的肖特基二极管（SBD）漏电流大，反向耐压低，产品竞争力差，商业应用价值低。为了提升产品竞争力，碳化硅肖特基二极管的结构也从标准的SBD结构向JBS进化，所谓JBS，是在外延层表面注入P阱，在器件承受反压时，通过P阱与N-在P周围形成耗尽层，减小漏电流，提升器件的反向耐压，在JBS二极管中，耗尽区延伸于部分埋在半导体表面下的p和n-区之间。

当反向偏压增大时，p型耗尽区相互穿插，最大电场位置直接移动到p区下面。这会减少可能存在缺陷的表面上的电场，从而减少泄漏电流。JBS结构直接改善器件的肖特基势垒降低效应而不影响器件正向性能。

集成式PIN-肖特基二极管（MPS：Merged PIN Schottky Diode）结构 : 

当传统的SBD正向偏置时，电流流过以下路径：金属 → 肖特基势垒 → Si （n-） → Si（n+）。由于掺杂浓度较低，Si（n-）层电阻较大。因此，此SBD的IF-VF曲线如下所示。

SiC SBD的应用包括PFC电路，PFC电路必须保证在大电流下工作，因为它们在电源接通和负载变化时都会瞬间暴露在大电流条件下。在这种情况下，具有如下所示的IF-VF曲线的SBD可能发生过热现象。


为了解决这个问题，开发了一种新的SBD，它采用改进的JBS结构，其中包含了集成PiN-肖特基（MPS）结构的概念。MPS结构是其p+区埋在SBD的n-区中，如下所示。在东芝的设计中，JBS结构的部分p层（图中阴影部分）被放大，这部分的杂质浓度增加。p+区和n-区形成一个pn结二极管，在需要大电流（浪涌电流）时打开。这增加了SBD的载流能力，因此即使在大电流下也能降低正向电压的升高，并增加最大允许浪涌电流值。

MPS结构的特点是在阳极电极下方的p+–n-–n+结构。

相对于JBS侧重于提高器件反向特性，MPS更侧重于改善器件的正向特性，其设计目标在于引进PN结的电导调制作用降低SBD在高密度正向电流下的压降。在低电流下，n-区通常具有高电阻。然而，当SBD正向偏压时，空穴和电子分别从p区和n区流入n-区，同时保持电中性。在这个时候，空穴和电子都存在于高浓度的n-区内。

因此，n-区将作为高掺杂浓度区域，特别是在高电流下，表现出非常低的电阻（传导性调制）。因此，该SBD具有如下所示的IF-VF曲线，在高电流区域具有低VF。
              



资料来源: 东芝(https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/product/diodes/sic-schottky-barrier-diodes/articles/improved-jbs-structure-to-reduce-the-leakage-current-and-increase-the-surge-current-capability.html )


『东芝推出最新一代用于工业设备的碳化硅（SiC）肖特基势垒二极管（SBD）——“TRSxxx65H系列”。首批12款产品（均为650V）中有7款产品采用TO-220-2L封装，其余5款采用DFN8×8封装，在第3代SiC SBD芯片中使用了一种新金属，优化了第2代产品的结势垒肖特基（JBS）结构。它们实现业界领先的1.2V（典型值）低正向电压，比上一代的1.45V（典型值）低17%。此外，新产品还在正向电压与总电容电荷之间以及正向电压与反向电流之间取得了平衡，从而在降低了功耗的同时提高了设备效率。』（作者：东芝；出处：https://toshiba-semicon-storage.com/cn/company/news/news-topics/2023/07/sic-power-devices-20230713-1.html )