溝道型肖特基二極管整流器的性能優勢和系統設計考慮

我們正在不斷創新，借助溝道型肖特基整流器（Trench Schottky rectifier）等新型功率半導體器件，讓電子系統更加高效。與平面肖特基二極管相比，溝道型肖特基整流器在正向電壓降、漏電流、損耗、反向阻斷電壓、寄生電容等方面具有明顯優勢，是瞬間整流方案的理想選擇。

平面型肖特基二極管

肖特基二極管由德國物理學家華特·肖特基（Walter Schottky）發明。這是一種由金屬-半導體結合組成的平面型二極管，具有較低的正向壓降和較高的開關速度，廣泛用于多種應用，例如在功率轉換電路中作為升壓二極管。

長期以來，這種傳統的平面型肖特基二極管（Schottky barrier diode）一直是電子設計應用中的主流選擇。然而，平面肖特基二極管在一些關鍵性能上進行了折中，如正向電壓降、漏電流等。同樣，在EMC敏感型應用中，傳統的肖特基二極管與我們要求的理想損耗和瞬間整流方案相比相距甚遠。

那么，什么是理想的整流器？這通常包括低正向壓降、高反向阻斷電壓、零泄漏電流和低寄生電容，能實現高開關速度。

正向壓降方面，主要考慮兩個因素：結點處的壓降（PN整流器為PN結，肖特基整流器為金屬-半導體結）、漂移區的壓降。雖然PN結的正向壓降在本質上由內置電壓決定，因而主要由所選半導體決定，但肖特基勢壘整流器中金屬-半導體接面的正向壓降可通過選擇肖特基金屬來修改，而肖特基勢壘就是半導體的金屬功函數和電子親合能之差。通過使用具有低金屬功函數的肖特基金屬，可最大限度減少金屬半導體接面的壓降。但是，結點處的正向壓降和肖特基整流器的泄漏電流之間存在權衡關系，因為泄漏電流的級別也由肖特基勢壘和金屬半導體接面的電場決定。除了該權衡，為實現高反向阻斷電壓，當漂移區的厚度進一步增加時，結點處低壓降的優勢可能會消失。因此，肖特基整流器的反向阻斷電壓歷來限于200V以下。

平面肖特基整流器和溝道型肖特基整流器的技術原理圖

溝道型肖特基整流器

溝道型肖特基整流器被稱為“RESURF”（降低表面電場，reduced surface field）。在平面肖特基整流器中，等勢線堆積在上電極附近，導致表面附近的電場較高。因此，隨著反向電壓增加，泄漏電流顯著增加，并且當表面附近的電場超出臨界值時，會發生早期擊穿現象。通過將溝道蝕刻到硅并在其中填滿多晶硅（通過薄介質以電子方式與漂移區分離），溝道充當半導體中的一種場板，在反方向上耗盡漂移區，沿漂移區呈現平面電場分布。因此，溝道概念可緩和表面附近的電場，與具有相同外延結構的平面器件相比，可產生更高的擊穿電壓，從而實現更低的泄漏電流。

125°C條件下，最大反向電壓和最大正向電流時的IR-Vf權衡

安世半導體開發并推出了電壓范圍介于45-100V之間的一系列T溝道型肖特基整流器（PMEG*T系列）。這些器件可在正向壓降Vf和泄漏電流IR之間實現適宜的權衡。與具有可比正向壓降的同等平面肖特基整流器相比，溝道型肖特基整流器的泄漏電流較低，這表示T溝道器件的安全工作區域更寬。因此，在必須耐受較高環境溫度的應用中，如汽車領域，溝道型肖特基整流器是合適的選擇，因為它們更加穩健，可防止熱失控（當整流器泄漏電流造成的耗散功率增加快于通過系統熱阻的散熱時發生的不穩定）。

除了肖特基接觸提供的普通寄生電容，溝道結構中的電極和薄介質會產生第二個寄生電容。這意味著，在每單位面積上，T溝道肖特基整流器的總寄生電容比平面肖特基整流器高。對于每個特定應用，必須考慮這一點。在設計中，如果總損耗主要來自開關損耗，則使用平面肖特基整流器可能更好，因為它們的寄生電容較低，盡管它們的泄漏電流較高或正向壓降較高。而對于正向壓降或泄漏電流是總損耗主導因素的應用，應該使用T溝道整流器。

T溝道型肖特基整流器的等效電路圖

與平面整流器相比，T溝道整流器的反向恢復電流更大、反向恢復時間更長，這得益于其較高的寄生電容。斜坡反向恢復測量還表明，T溝道整流器產生的振鈴往往比平面器件衰變得更快。同樣，在T溝道整流器的等效電路圖中可以找到其中的一個原因。電路中的額外RC元件有助于抑制產生的振鈴。因此，在對EMC敏感的應用中，使用T溝道整流器可能比使用平面整流器更加明智。

高可靠的系統設計考慮

在系統設計上，設計工程師首先需要留意溝道整流器寄生電容比平面產品大這一點。其他的考慮因素還有：

（1）如果需要在正向壓降和泄漏電流之間權衡，T溝道肖特基整流器是正確選擇，但前提是系統能夠耐受較高的寄生電容。

（2）在器件開關期間，等效電路中的額外RC元件有助于抑制潛在振鈴，T溝道整流器也是EMC敏感型應用的第一選擇。

（3）在高功率密度應用中，器件的工作環境溫度會隨發熱而升高，T溝道肖特基二極管也具有優勢，T溝道肖特基整流器熱穩定性更好，可靠性更高，能應對苛刻環境的影響。

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