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為什么說溝槽肖特基二極管整流器是理想選擇？

2021/5/16 8:36:39

對于系統(tǒng)設(shè)計而言，人們總是盡可能地采用最理想的解決方案來達到最高效的設(shè)計。與平面整流器相比，溝槽肖特基整流器讓我們與理想的解決方案更近一步。

為了追求更高效的設(shè)計，我們會持續(xù)地優(yōu)化我們的電子系統(tǒng)。對于許多系統(tǒng)級電路，尤其是電源轉(zhuǎn)換電路，平面肖特基勢壘二極管一直是傳統(tǒng)的主流設(shè)計方案，但平面肖特基二極管需要在正向壓降和漏電流等關(guān)鍵性能指標方面做出權(quán)衡。同樣，在電磁敏感的應(yīng)用中，傳統(tǒng)的肖特基勢壘二極管也不是理想的無損和瞬時整流解決方案。

理想的整流器

理想的整流器應(yīng)具有低正向壓降、高反向阻斷電壓、零漏電流和低寄生電容。但在實際應(yīng)用中要實現(xiàn)這一點，就必須在這些參數(shù)間做出取舍。

例如，采用某些金屬可以使金屬-半導(dǎo)體界面上的正向壓降做到最小化，但必須以較高的反向泄漏電流為代價。或者，如果使漂移區(qū)變寬以獲得更高的反向阻斷電壓，那么跨在肖特基結(jié)的低正向壓降的優(yōu)勢可能會減弱、甚至消失，這也是為什么肖特基整流器的反向阻斷電壓通常限制在200V以下。

在硅上刻蝕溝槽

因此，在不增加反向泄漏電流的情況下提升反向阻斷電壓是目前平面肖特基整流器設(shè)計所面臨的一個挑戰(zhàn)。平面肖特基的局限性在于等電位的勢壘線傾向于聚集在金屬電極附近而不是襯底，當在表面附近超過臨界電場時，會導(dǎo)致較早地擊穿。而通過將trench溝槽蝕刻到硅中并填充導(dǎo)電的多晶硅，可有效地耗盡反向漂移區(qū)內(nèi)的漂移電子，并使漂移區(qū)電場均勻分布。

這意味著，Trench溝槽肖特基整流器系列在VF和IR之間實現(xiàn)了很好的平衡。與平面肖特基二極管相比，溝槽肖特基器件具有更寬的安全工作范圍（SOA）。由于對熱失控的魯棒性，這使得它們在環(huán)境溫度較高的應(yīng)用中成為理想選擇。

與平面肖特基二極管相比，溝槽肖特基整流電路中的額外RC提供了另一個好處，它提供了更好的電磁兼容性，因此溝槽整流器更適合于電磁敏感的應(yīng)用領(lǐng)域。

溝槽肖特基整流器是首選

通過將肖特基與Trench技術(shù)相結(jié)合，最新的Trench肖特基整流器帶來了許多性能優(yōu)勢。溝槽肖特基二極管在正向壓降和漏電流之間提供了更好的平衡。它們還具有出色的EMC性能以及對熱失控效應(yīng)的魯棒性。

只有在考慮寄生電容時，設(shè)計者才需要注意——通常，單位面積下，溝槽肖特基整流器的總寄生電容高于平面整流器。因此，如果在具有較高的開關(guān)損耗的系統(tǒng)應(yīng)用中，需要更低電容的整流管，平面肖特基是更好的選擇。然而，在大多數(shù)損耗是由于正向壓降或漏電流引起的應(yīng)用中，溝槽整流器無疑是更棒的選擇。

作者簡介

本文作者為Reza Behtash，他于1999年在漢堡工業(yè)大學(xué)獲得電氣工程學(xué)學(xué)位。隨后，他在位于烏爾姆的戴姆勒-克萊斯勒研究院擔(dān)任研究員四年，從事GaN HEMT和MMIC的研究工作，后來從烏爾姆大學(xué)獲得博士學(xué)位。在位于柏林的萊布尼茨聯(lián)合會費迪南德布勞恩研究所和聯(lián)合單片半導(dǎo)體公司(UMS)工作時，Reza繼續(xù)從事功率放大器的GaN技術(shù)研究。過去八年，作為Nexperia漢堡應(yīng)用營銷團隊的成員，他的工作重點是汽車應(yīng)用中的分立式平面整流器和Trench肖特基整流器。

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