【導讀】碳化硅（SiC）具有寬禁帶、高熱導率等優良的材料特性，在中高壓功率半導體器件制造中得到了廣泛的應用。目前，肖特基二極管、mosfet和jfet是市場上最流行的SiC功率器件。特別是sic schottky二極管已經成功地應用于電力領域近20年。最早的SiC肖特基二極管采用純肖特基勢壘二極管（SBD）結構。后來，這種結構演變成一種結勢壘肖特基（JBS）具有低反向泄漏電流。最新的結構被稱為合并PN肖特基（MPS），表現出大幅增加的浪涌電流處理能力。
WeEn Semiconductors于2014年發布了基于100毫米SiC晶片的650V SiC MPS二極管，并于2017年發布了基于150毫米高質量SiC晶片的650V SiC MPS二極管。今年早些時候，基于成熟的150mm晶圓技術，WeEn推出了1200V SiC MPS二極管和AEC-Q101汽車認證的650V SiC MPS二極管。
公司擁有50多年的歷史，在功率半導體器件設計方面有著豐富的經驗。設計過程包括根據客戶需求設定設計目標、使用EDA工具進行器件和工藝模擬、掩模設計和工藝設計、制造、裝配和可靠性測試。經過多輪的試驗、優化、壽命試驗和應用試驗，獲得了合格的優化設計產品。
為了追求最佳的器件性能，在全WeEn-SiC肖特基二極管中采用了一種合并PN肖特基（MPS）結構。在高正向電流密度下，PN結將開始在二極管漂移區注入少數載流子（電導調制），并接管肖特基結的電流傳導。因此，在高電流密度下，MPS比傳統JBS結構具有更低的正向壓降。這使得MPS器件能夠承受更高的浪涌電流。但是，增大PN面積將導致肖特基面積減小。當雙極結構還不工作時，這會導致標稱正向電流下的“導通電阻”增加。因此，在標稱正向傳導能力和浪涌電流處理能力之間存在權衡。通過精心設計的P+島和獨特的歐姆接觸工藝，實現了對有效肖特基面積沒有顯著影響的有效浪涌電流傳導路徑。這使得WeEn-SiC-MPS二極管能夠在不損失標稱電流傳導能力的情況下具有優異的浪涌電流處理能力。
圖1:WeEn-SiC MPS二極管的截面示意圖和電流分布
一種適于制造功率器件的SiC晶片由兩層組成：一層是厚的襯底層，另一層是生長在上面的薄外延層。厚實的基底使大型碳化硅晶圓具有在半導體加工、搬運和運輸過程中所需的機械穩定性。然而，基底的電功能是最小的。二極管阻斷高反向電壓的功能被外延層覆蓋，只有在正向工作時，襯底才起到電流傳導路徑的作用。不幸的是，電流傳導路徑起著串聯電阻的作用。市面上可買到的SiC襯底沒有高摻雜濃度，因此串聯電阻非常明顯，特別是對于650V SiC器件。這會導致意外的功率損失。降低串聯電阻和功率損耗的一種方法是在半導體加工完成后使襯底層變薄，即所謂的襯底后研磨。
圖2:WeEn NXPSC04650 4A，650V MPS二極管與其他公司JBS二極管在25℃時正向I-V特性的比較
碳化硅是一種非常堅硬的材料，它對磨削等機械處理提出了幾個挑戰：防止裂紋、表面粗糙度和厚度均勻性。然而，領先的制造工藝和卓越的質量控制使WeEn能夠提供比市場上標準產品厚度僅1/3的SiC產品。這種很薄的芯片使SiC二極管具有更好的電流傳導能力和較低的熱阻。
嚴格的生產管理和質量控制是保證產品性能穩定的重要因素。為了向客戶提供最可靠的碳化硅二極管產品，我們建立了全面的質量和可靠性控制系統和程序。所有SiC產品必須經過100%靜態參數測試、100%浪涌電流處理測試（IFSM）和100%雪崩能力測試（UIS）。產品符合JEDEC標準或更嚴格的可靠性測試要求；例如，將HTRB測試時間從1000小時延長到3000小時。
由于其優良的材料特性，SiC肖特基二極管的性能比硅PN結二極管好得多。再加上先進的芯片設計能力和成熟的制造工藝，WeEn現在制造出了優質的SiC肖特基二極管。
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