肖特基二极管功率设计指南

功率肖特基二极管的设计关键是n^-区的设计及肖特基结材料的确定。比如对于硅功率SBD，当击穿电压为240V时，按最低导通电阻设计，则n^-漂移区的掺杂浓度为1.1×10¹⁵～1.5×10¹⁵cm^-3，厚度为11～13μm。当有源区面积为1mm²时，导通电阻约为0.45Ω。若按NPT结构设计，则n^-漂移区掺杂浓度为1.34×10¹⁵cm^-3，厚度为15μm，导通电阻约为0.5Ω。

由式（2-29）可得到功率肖特基二极管最小特征导通电阻R_S，SPmin（Ω·cm²）为^[1]

R_S，SPmin=0.9R_D=5.33×10^-9U^2.5_BR （2-41）

对实际的功率SBD而言，利用式（2-41）设计的特征导通电阻值与实际测试值有偏差，且实际测试值小于理论设计值。因为在功率SBD制作时，为了提高击穿电压，需要在有源区外围设置p⁺场限环，如图7-15c所示，由此形成一个与肖特基结并联的pn结，当正向压降大于pn结电压时，pn结开始注入载流子，注入的少数载流子会大幅减小n^-漂移区的电阻。这种情况称为双极效应（Bipolar Effect）。(www.xing528.com)

下面以200V的功率SBD为例加以说明。考虑到材料、工艺及测量误差，将击穿电压的设计目标值定为240V。根据式（2-41）可知，其最小特征导通电阻R_S，SPmin=0.45Ω·mm²。在额定电流密度J为150A/cm²时，其压降为0.68V。所采用的肖特基接触材料为PtSi，其阈值电压U_TO为0.5V。因此正向压降U_F=U_TO+R_S，SPminJ=1.18V。而实际测量的正向压降U_F＜0.9V。这个偏差可用上面提到的双极效应来解释。

相比较而言，对于一个200V的外延pin二极管，结电压在0.7～0.8V的范围内，在150A/cm²下，其压降不高于1V。可见，对于200V器件，采用pin二极管的正向压降与肖特基二极管相当。只是外延pin二极管开关速度低于肖特基二极管。若击穿电压为100V时，功率SBD的特征导通电阻R_S，SP=0.082Ω·mm²。仍采用PtSi肖特基势垒，在额定电流密度为150A/cm²时，其正向压降U_F=U_TO+R_S，SPJ=0.62V。如此低的正向压降，采用pin二极管是无法达到的。可见，与pin二极管相比，功率SBD在200V以下可显现出其优越性。