【導讀】IGBT分立器件一般由IGBT和續流二極管（FWD）構成，續流二極管按材料可分為硅材料和碳化硅材料，按照器件結構可分為PIN二極管和肖特基勢壘二極管（SBD）。材料與結構兩兩組合就形成了4種結果：硅PIN二極管、碳化硅 PIN二極管、硅肖特基二極管、碳化硅肖特基二極管。在本篇文章中我們將重點闡述碳化硅肖特基二極管作為續流二極管的混合碳化硅分立器件（后文簡稱為混管）的特性與優點。
目前市面上主流的IGBT產品其續流二極管為快恢復二極管（FRD），是上文提到的硅PIN二極管的一種，因此混管使用的碳化硅SBD與硅FRD在材料和結構上都有所不同，在此分別對其進行比較。在相同的結構中，碳化硅材料的耐壓特性表現要遠遠強于硅材料；相同的材料下，快恢復二極管FRD可以比肖特基勢壘二極管SBD承受更高的電壓。因此在耐壓特性表現上可以得出碳化硅FRD＞碳化硅SBD＞硅FRD＞硅SBD，而由于碳化硅SBD的耐壓能力可以輕松達到1200V以上，基本可以滿足大部分市場需求，所以碳化硅FRD并不常見。下圖為相同IGBT分別搭配硅FRD與碳化硅SBD的雙脈沖測試示意圖，以及在不同電壓下的開通關斷過程中的器件損耗數據對比。
圖1 雙脈沖測試示意圖
圖2 VDC=600V，Tj=25℃ 動態數據
圖3 VDC=800V，Tj=25℃ 動態數據
從表中數據可以看出，相同的電壓等級下，混管的關斷損耗與傳統IGBT相差不大，但開通損耗要比傳統IGBT小30%~40%。同時當VDC從600V 增加到800V時，傳統IGBT的總損耗增大了50%，而混管的總損耗只增大了25%。
混管的SBD內部結構中載流子多子為電子，硅FRD內部結構中載流子為電子和空穴，因此相比于硅FRD，碳化硅SBD的關斷速度更快，且幾乎沒有反向恢復與正向恢復現象。而評估硅FRD的關鍵參數就是反向恢復電荷Qrr和反向恢復時間Trr。Qrr越大，Trr越大，產生的損耗也就越大，硅FRD的Qrr和Trr都會隨著溫度升高而增大，也意味著反向恢復行為變差。下圖是高結溫下的混管與傳統IGBT在開通關斷過程中的器件損耗數據情況。
圖4 VDC=800V，Tj=100℃ 動態數據
將高溫下數據與前文常溫下數據進行對比可以看出，當產品的工作溫度上升，不論是硅FRD還是碳化硅SBD都會有開關損耗上升的現象。但分開看開通損耗和關斷損耗時，兩種產品的關斷損耗隨溫度上升增加的幅度是接近的，而開通損耗隨溫度變化的差異卻十分明顯，混管的增加幅度不到10%，傳統IGBT的開通損耗隨溫度上升增加了35%左右。
綜上所述，在強調低開關損耗、高結溫的場合下，混管比傳統IGBT有著更出色的表現。因此，當您在進行相關方案設計時，為進一步減小器件的開關損耗，建議選擇基本半導體混合碳化硅分立器件，產品列表如下：
來源：基本半導體
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