Złożone struktury diod Schottky ego mocy

Podobne dokumenty
Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Część 3. Przegląd przyrządów półprzewodnikowych mocy. Łukasz Starzak, Przyrządy i układy mocy, studia niestacjonarne, lato 2018/19 51

Właściwości tranzystora MOSFET jako przyrządu (klucza) mocy

Część 2. Przewodzenie silnych prądów i blokowanie wysokich napięć przy pomocy przyrządów półprzewodnikowych

Technologia węglika krzemu

EL08s_w03: Diody półprzewodnikowe

Elementy przełącznikowe

Urządzenia półprzewodnikowe

ELEMENTY UKŁADÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH

Równanie Shockley a. Potencjał wbudowany

Elementy półprzewodnikowe. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

Skalowanie układów scalonych Click to edit Master title style

ELEKTRONIKA ELM001551W

Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych pokój:

Przyrządy półprzewodnikowe część 5 FET

Działanie przetwornicy synchronicznej

Diody i tranzystory. - prostownicze, stabilizacyjne (Zenera), fotodiody, elektroluminescencyjne, pojemnościowe (warikapy)

Skalowanie układów scalonych

Złącze p-n: dioda. Przewodnictwo półprzewodników. Dioda: element nieliniowy

Przyrządy półprzewodnikowe część 3

SYMBOLE GRAFICZNE. Tyrystory. Struktura Charakterystyka Opis

Rekapitulacja. Detekcja światła. Rekapitulacja. Rekapitulacja

7. Tyrystory. Tyrystor SCR (Silicon Controlled Rectifier)

TEORIA TRANZYSTORÓW MOS. Charakterystyki statyczne

Skończona studnia potencjału

Repeta z wykładu nr 5. Detekcja światła. Plan na dzisiaj. Złącze p-n. złącze p-n

Elementy i Układy Sterowania Mocą

Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych pokój:

!!!DEL są źródłami światła niespójnego.

W książce tej przedstawiono:

Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych pokój:

Diody półprzewodnikowe

Prawo Ohma. qnv. E ρ U I R U>0V. v u E +

Wykład IV. Półprzewodniki samoistne i domieszkowe

IV. TRANZYSTOR POLOWY

Diody półprzewodnikowe

LABORATORIUM ELEKTRONIKI ĆWICZENIE 4 POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

Szacowanie mocy czynnej straty dynamiczne w tranzystorach MOSFET (obwód mocy)

Przyrządy półprzewodnikowe część 3

Złącze p-n powstaje wtedy, gdy w krysztale półprzewodnika wytworzone zostaną dwa obszary o odmiennym typie przewodnictwa p i n. Nośniki większościowe

LABORATORIUM PRZYRZĄDÓW I UKŁADÓW MOCY. Ćwiczenie 1

PÓŁPRZEWODNIKI W ELEKTRONICE. Powszechnie uważa się, że współczesna elektronika jest elektroniką półprzewodnikową.

Diody półprzewodnikowe

Ryszard J. Barczyński, 2012 Politechnika Gdańska, Wydział FTiMS, Katedra Fizyki Ciała Stałego Materiały dydaktyczne do użytku wewnętrznego

INDEKS. deklaracja... 7,117 model model materiału rdzenia Charakterystyki statyczne Czynnik urojony...103

Tranzystory polowe FET(JFET), MOSFET

Wykład 5 Fotodetektory, ogniwa słoneczne

Wykład V Złącze P-N 1

1. Właściwości materiałów półprzewodnikowych 2. Półprzewodniki samoistne i domieszkowane 3. Złącze pn 4. Polaryzacja złącza

Wykład VIII TRANZYSTOR BIPOLARNY

Funkcja rozkładu Fermiego-Diraca w różnych temperaturach

I. DIODA ELEKTROLUMINESCENCYJNA

Przyrządy i układy półprzewodnikowe

Półprzewodniki. złącza p n oraz m s

Zastosowanie modelu SPICE do diody PIN

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Badanie tranzystorów unipolarnych typu JFET i MOSFET

Katedra Przyrządów Półprzewodnikowych i Optoelektronicznych Laboratorium Przyrządów Półprzewodnikowych. Ćwiczenie 2

ELEMENTY UKŁADÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH Kurs 15/30 g

Aleksandra Banaś Dagmara Zemła WPPT/OPTOMETRIA

Tranzystory. 1. Tranzystory bipolarne 2. Tranzystory unipolarne. unipolarne. bipolarny

Ćwiczenie 4. Parametry statyczne tranzystorów polowych JFET i MOSFET

Repeta z wykładu nr 3. Detekcja światła. Struktura krystaliczna. Plan na dzisiaj

Elementy elektroniczne Wykłady 5,6: Tranzystory bipolarne

Tranzystory polowe FET(JFET), MOSFET

Podstawy fizyki ciała stałego półprzewodniki domieszkowane

Półprzewodniki samoistne. Struktura krystaliczna

Elementy i Układy Sterowania Mocą

ELEMENTY ELEKTRONICZNE

Badanie diod półprzewodnikowych

BADANIE TRANZYSTORA BIPOLARNEGO Z IZOLOWANĄ BRAMKĄ (IGBT)

Repeta z wykładu nr 8. Detekcja światła. Przypomnienie. Efekt fotoelektryczny

Przyrządy półprzewodnikowe część 2

Teoria pasmowa ciał stałych

Elementy optoelektroniczne. Przygotował: Witold Skowroński

Diody półprzewodnikowe cz II

Rozszczepienie poziomów atomowych

Przerwa energetyczna w germanie

Lasery półprzewodnikowe. przewodnikowe. Bernard Ziętek

Tranzystory polowe. Podział. Tranzystor PNFET (JFET) Kanał N. Kanał P. Drain. Gate. Gate. Source. Tranzystor polowy (FET) Z izolowaną bramką (IGFET)

6. TRANZYSTORY UNIPOLARNE

Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej STUDIA DZIENNE. Wpływ oświetlenia na półprzewodnik oraz na złącze p-n

Pytania z przedmiotu Inżynieria materiałowa

Elektronika. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

Ćwiczenie 1 LABORATORIUM ELEKTRONIKI POLITECHNIKA ŁÓDZKA KATEDRA PRZYRZĄDÓW PÓŁPRZEWODNIKOWYCH I OPTOELEKTRONICZNYCH

1. Zarys właściwości półprzewodników 2. Zjawiska kontaktowe 3. Diody 4. Tranzystory bipolarne

Tranzystory polowe JFET, MOSFET

Przyrządy półprzewodnikowe

Fizyka i technologia złącza PN. Adam Drózd r.

Politechnika Białostocka

Złącza p-n, zastosowania. Własności złącza p-n Dioda LED Fotodioda Dioda laserowa Tranzystor MOSFET

Ćwiczenie nr 4 Charakterystyki I= f(u) złącza p-n.

Prowadzący: Prof. PŁ, dr hab. Zbigniew Lisik. Program: wykład - 15h laboratorium - 15h wizyta w laboratorium technologicznym - 4h

Rozmaite dziwne i specjalne

Elementy elektroniczne Wykład 9: Elementy przełączające

Zjawisko termoelektryczne

TRANZYSTORY MOCY. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi tranzystorami i ich charakterystykami.

3.4 Badanie charakterystyk tranzystora(e17)

3. ZŁĄCZE p-n 3.1. BUDOWA ZŁĄCZA

Przewodnictwo elektryczne ciał stałych. Fizyka II, lato

Pytania podstawowe dla studentów studiów I-go stopnia kierunku Elektrotechnika VI Komisji egzaminów dyplomowych

Transkrypt:

Złożone struktury diod Schottky ego mocy Diody JBS (Junction Barrier Schottky) złącze blokujące na powierzchni krzemu obniżenie krytycznego natężenia pola (Ubr 50 V) Diody MPS (Merged PINSchottky) struktura PIN odpowiada również za przewodzenie przy wysokim natężeniu prądu złącza zabezpieczające PN Ubr 100 200 V dla Si i GaAs 1 PIN, 2 SBD, 3 JBS, 4 MPS 6

Ładunek przejściowy diody PIN Konieczność usunięcia dużej liczby nośników nadmiarowych z całej bazy Ładunek przejściowy Qrr min. 20 ns dla ultraszybkich do mc dla dużych sieciowych Q stor =I F τ Q rr 12 i rr(m) t rr 12 t s 2 τ, I F, di r dt di f dt t f di F dt =f N D, W i 7

Ładunek pojemnościowy diody Schottky ego Brak nośników nadmiarowych Konieczność usunięcia swobodnych nośników (o koncentracji ND) w celu wytworzenia obszaru ładunku przestrzennego o odpowiedniej szerokości (naładowania pojemności złączowej) Ładunek pojemnościowy Qc od pojedynczych nc Q c =A N D W sc U r =A N D 2ε U r end U r PIN SBD 4/3 U br N 3/4 N U U br Q c D D br I max A I max Q c 8

Wpływ wyłączania diody na układ Moc czynna strat w diodzie P D,off = 1 1 u i d t U D,off i D d t = f s Q rr U D,off D D Tst Ts t rr i IF trr rr moc strat w sąsiednich przyrządach półprzewodnikowych Zakłócanie czujników prądu (zabezpieczenia, sterowanie) Emisja zaburzeń elektromagnetycznych ts tf dif/dt 0,25 irr(m) t Qrr dir/dt irr(m) stromość zaniku prądu dir/dt i powiązana z nią amplituda przenapięcia urr(m) współczynnik łagodności wyłączania tf/tr Dynamika wyłączania diod Schottky ego jest pod każdym względem korzystniejsza Również załączanie jest korzystniejsze w przypadku diod Schottky ego mniejsza moc strat, gdyż trwa krócej i nie występuje początkowy odcinek ze znacząco podwyższonym spadkiem napięcia 9

Zależność ładunku przejściowego od warunków pracy PIN silna od IF (~liniowa) SBD silna od UR (~ UR) od stromości dif/dt dużo słabsza dla SBD 120 100 80 60 40 20 0 0 1 2 3 4 5 6 7 IF [A] 25 dif/dt [A/µs] 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 20 15 Qc [nc] 140 Qrr [nc] 160 10 5 [Miesner, thinq! Silicon Carbide Schottky Diodes ] 0 0 50 100 150 200 250 300 350 UR [V] 10

Porównanie diod PIN i SBD pod względem wpływu parametrów wyłączania IF = 3 A PIN MUR460; SBD C3D04060A; Irat = 4 A, Urat = 600 V UR = 300 V 11

Porównanie diod PIN i SBD pod względem wpływu parametrów wyłączania (cd.) PIN MUR460 SBD C3D04060A 12

Materiały o szerokiej przerwie energetycznej Optoelektronika diody przerwa bezpośrednia ok. 100x większa emisyjność elektroluminescencyjne (niebieskie, fioletowe, białe, ultrafioletowe) fotodiody laserowe (BluRay) Elektronika mocy przerwa pośrednia diody komercyjne tranzystory, tyrystory badania elektronika wysokich częstotliwości i wysokich temperatur 13

Parametry materiałów półprzewodnikowych 14

Parametry materiałów półprzewodnikowych (cd.) GaAs (oraz InP, GaP, GaN) mała przewodność cieplna κ i twardość H Diament bardzo mała rozszerzalność cieplna α 15

Blokowanie napięcia Krytyczne natężenie pola elektrycznego (SiC ) szczególnie ważne dla diod Schottky ego ε porównywalne Prąd upływu (SiC ) wynika z Wg (SiC ) θ Jr słabiej dla SiC moc strat staje się nieakceptowalna przy wyższym napięciu J r n 2i Wg n i = N c N v exp 2k T 16

Blokowanie a przewodzenie Zalety SiC większa koncentracja domieszek dla tej samej wytrzymałości co Si krótszy obszar słabo domieszkowany mniejsza rezystancja w stanie przewodzenia szczególnie dla unipolarnych E br W i U br = 2 E br de e N D = = W i dx ε Wi 4 U 2br R on (na jednostkę przekroju)= = e μ nn D ε μ E 3 n br [Miesner, thinq! Silicon Carbide Schottky Diodes ] 17

Napięcie na złączu PN n i = N c N v exp φ d=u t ln U j =U t ln W g 2k T N DN A n 2i p n x j N D n 2i Dla większej przerwy energetycznej koncentracja półprzewodnika samoistnego ni jest mniejsza Większy spadek napięcia na złączu przy identycznym prądzie SiC/Si ok. 2,5x Wady tej nie będą miały przyrządy bez złącza PN (na drodze prądu głównego) SBD MOSFET MESFET JFET SIT 18

Wytrzymałość prądowa Mniejsza (ok. 2x) ruchliwość i większy stosunek elektrony/dziury (6 7) Jednak większa (ok. 2x) prędkość nasycenia nośników Wpływ temperatury n i = N c N v exp zbliżona ruchliwość maksymalna (przy silnym polu elektrycznym) ważne w przyrządach MOS Współczynnik rozszerzalności cieplnej α bliski materiałom używanym w obudowach Przewodność cieplna κ większa od miedzi Tj(max) [ C] Si 150 GaAs 200 W g 2k T kiedy ni > ND złącza przestają być asymetryczne kończy się zdolność odprowadzania ciepła 200 280 C dla Si 800 900 C dla SiC większa obciążalność prądowa mniejsza częstość uszkodzeń SiC 400 C 700 19

Struktura Politypy kryształu 3C (β) sześcienna, blenda cynkowa (podobnie jak GaAs) 4H, 6H (α) heksagonalne cyfra oznacza liczbę warstw składających się na pojedynczą komórkę ok. 250 innych politypów 3C diament, Si sześcienna, diament Nieizotropowość heksagonalne mniejsza dla 4H μ (ruchliwość) i ε są tensorami ruch nośników możliwy w kierunku innym niż przyłożone pole elektryczne napięcie przebicia 4H 6H Materialscientist @ en.wikipedia 20