SiC肖特基二极管设计实战

📚 共计 30 章节
01
SiC材料特性与肖特基二极管基础
SiC材料优势(宽禁带、高临界场强、高热导率)、肖特基势垒原理、JBS/MPS结构对比。
材料物理势垒
02
器件设计指标与参数定义
击穿电压(BV)、正向压降(VF)、漏电流(IR)、电容(C)、开关损耗、浪涌能力。
参数设计指标
03
漂移区设计(耐压层)
基于非穿通(NPT)与穿通(PT)理论的漂移区厚度与掺杂浓度计算,击穿电压与电阻率的关系。
耐压NPT/PT
04
JTE终端保护环设计
场板(FP)与结终端扩展(JTE)原理,JTE长度、掺杂浓度优化,多区JTE设计。
终端JTE
05
肖特基接触与欧姆接触设计
功函数选择(Ni、Ti、Mo)、势垒高度对VF与IR的trade-off、背面欧姆接触(Ni/SiC)。
接触功函数
06
有源区版图设计
元胞结构选择(六角形、条形、方形),元胞间距与电流分布均匀性,版图设计规则。
版图元胞
07
沟槽型SiC肖特基二极管设计
沟槽深度、宽度对电场分布的影响,沟槽底部圆角设计,沟槽刻蚀工艺考量。
沟槽电场
08
MPS(混合PiN肖特基)二极管设计
P+注入区间距与深度设计,P+区对浪涌能力与VF的影响,MPS正向与反向特性。
MPS浪涌
09
SiC肖特基二极管仿真流程
TCAD工具(Silvaco/Sentaurus)简介,器件结构定义、网格划分、物理模型选择。
TCAD仿真
10
电学特性仿真
正向I-V特性仿真(VF、Ron)、反向击穿特性仿真(BV、IR)、电容-电压(C-V)特性仿真。
I-VC-V
11
混合模式仿真与电路应用
将器件模型嵌入半桥电路,仿真开关损耗(Eon/Eoff)、反向恢复特性(Qrr)。
混合仿真开关
12
工艺仿真与器件结构校准
离子注入(Al、N)与激活退火仿真,氧化层生长与界面态影响,工艺偏差对器件性能的影响。
工艺校准
13
版图设计与DRC检查
版图层次定义(有源区、P+注入、JTE、场板、金属),设计规则检查(DRC)与常见错误。
DRC版图
14
光刻版设计
光刻版层次划分(有源区版、注入版、接触孔版、金属版),对准标记与套刻精度考量。
光刻掩模
15
SiC晶圆制造工艺(前段)
衬底与外延(4H-SiC,4° off-axis),CMP平坦化,清洗与表面预处理。
前段外延
16
SiC晶圆制造工艺(中段)
离子注入(高温注入,>500°C),激活退火(>1600°C,C膜保护),栅氧生长(干氧氧化+NO退火)。
中段注入
17
SiC晶圆制造工艺(后段)
肖特基金属沉积(Ni/Ti/Ag),欧姆接触金属沉积(Ni),快速热退火(RTA),背面减薄与金属化。
后段金属化
18
器件测试(直流参数)
I-V曲线测试(VF、IR、BV),C-V测试(Ciss、Coss),高温测试(175°C)。
直流高温
19
器件测试(开关与可靠性)
双脉冲测试(Eon、Eoff、Qrr),浪涌电流测试(IFSM),HTRB与H3TRB可靠性测试。
开关可靠性
20
失效分析
失效模式分类(烧毁、漏电流增大、VF退化),失效定位技术(EMMI、OBIRCH、TIVA),物理失效分析(SEM、FIB、TEM)。
失效分析
21
热设计
热阻(Rth)计算,结温(Tj)估算,散热器选型与热仿真(FloTHERM/Ansys Icepak)。
热管理仿真
22
封装设计
TO-247/TO-220/DPAK封装选型,键合线(Al线/Cu线)设计,银烧结技术,封装寄生参数提取。
封装寄生
23
SiC肖特基驱动电路设计
驱动电压选择(+15V/-5V),栅极电阻(Rg)优化,米勒平台与串扰抑制,有源米勒钳位。
驱动米勒
24
SiC肖特基在PFC电路中的应用
CCM/DCM/CRM PFC拓扑,SiC二极管在PFC中的效率提升,EMI考量。
PFC效率
25
SiC肖特基在LLC谐振变换器中的应用
LLC拓扑原理,SiC二极管在LLC中的同步整流与死区时间优化。
LLC谐振
26
SiC肖特基在光伏逆变器中的应用
三相逆变器拓扑,SiC二极管在MPPT与逆变桥臂中的作用,系统效率对比。
光伏逆变
27
SiC肖特基在电动汽车OBC中的应用
OBC拓扑(CLLC/DAB),SiC二极管在双向DC-DC中的损耗分析,热管理。
OBC车载
28
SiC肖特基在电机驱动中的应用
电机驱动逆变器,SiC二极管在续流路径中的作用,开关频率提升对电机效率的影响。
电机续流
29
SiC肖特基与GaN HEMT的协同设计
SiC二极管作为GaN HEMT的续流二极管,半桥配置中的交叉导通抑制,混合封装技术。
GaN混合
30
SiC肖特基二极管设计总结与未来趋势
SiC衬底成本下降趋势,1200V/1700V/3300V高压器件发展,SiC MOSFET体二极管替代趋势,SiC模块化与集成化趋势。
趋势高压