我們正在不斷創(chuàng)新，借助溝道型肖特基整流器（Trench Schottky rectifier）等新型功率半導(dǎo)體器件，讓電子系統(tǒng)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(yōu)勢(shì)，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(guó)物理學(xué)家華特·肖特基（Walter Schottky）發(fā)明。這是一種由金屬-半導(dǎo)體結(jié)合組成的平面型二極管，具有較低的正向壓降和較高的開(kāi)關(guān)速度，廣泛用于多種應(yīng)用，例如在功率轉(zhuǎn)換電路中作為升壓二極管。
長(zhǎng)期以來(lái)，這種傳統(tǒng)的平面型肖特基二極管（Schottky barrier diode）一直是電子設(shè)計(jì)應(yīng)用中的主流選擇。然而，平面肖特基二極管在一些關(guān)鍵性能上進(jìn)行了折中，如正向電壓降、漏電流等。同樣，在EMC敏感型應(yīng)用中，傳統(tǒng)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(yuǎn)。
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(shí)現(xiàn)高開(kāi)關(guān)速度。
正向壓降方面，主要考慮兩個(gè)因素：結(jié)點(diǎn)處的壓降（PN整流器為PN結(jié)，肖特基整流器為金屬-半導(dǎo)體結(jié)）、漂移區(qū)的壓降。雖然PN結(jié)的正向壓降在本質(zhì)上由內(nèi)置電壓決定，因而主要由所選半導(dǎo)體決定，但肖特基勢(shì)壘整流器中金屬-半導(dǎo)體接面的正向壓降可通過(guò)選擇肖特基金屬來(lái)修改，而肖特基勢(shì)壘就是半導(dǎo)體的金屬功函數(shù)和電子親合能之差。通過(guò)使用具有低金屬功函數(shù)的肖特基金屬，可最大限度減少金屬半導(dǎo)體接面的壓降。但是，結(jié)點(diǎn)處的正向壓降和肖特基整流器的泄漏電流之間存在權(quán)衡關(guān)系，因?yàn)樾孤╇娏鞯募?jí)別也由肖特基勢(shì)壘和金屬半導(dǎo)體接面的電場(chǎng)決定。除了該權(quán)衡，為實(shí)現(xiàn)高反向阻斷電壓，當(dāng)漂移區(qū)的厚度進(jìn)一步增加時(shí)，結(jié)點(diǎn)處低壓降的優(yōu)勢(shì)可能會(huì)消失。因此，肖特基整流器的反向阻斷電壓歷來(lái)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(shù)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(chǎng)，reduced surface field）。在平面肖特基整流器中，等勢(shì)線堆積在上電極附近，導(dǎo)致表面附近的電場(chǎng)較高。因此，隨著反向電壓增加，泄漏電流顯著增加，并且當(dāng)表面附近的電場(chǎng)超出臨界值時(shí)，會(huì)發(fā)生早期擊穿現(xiàn)象。通過(guò)將溝道蝕刻到硅并在其中填滿多晶硅（通過(guò)薄介質(zhì)以電子方式與漂移區(qū)分離），溝道充當(dāng)半導(dǎo)體中的一種場(chǎng)板，在反方向上耗盡漂移區(qū)，沿漂移區(qū)呈現(xiàn)平面電場(chǎng)分布。因此，溝道概念可緩和表面附近的電場(chǎng)，與具有相同外延結(jié)構(gòu)的平面器件相比，可產(chǎn)生更高的擊穿電壓，從而實(shí)現(xiàn)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(shí)的IR-Vf權(quán)衡
安世半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)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(shí)現(xiàn)適宜的權(quán)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(qū)域更寬。因此，在必須耐受較高環(huán)境溫度的應(yīng)用中，如汽車(chē)領(lǐng)域，溝道型肖特基整流器是合適的選擇，因?yàn)樗鼈兏臃€(wěn)健，可防止熱失控（當(dāng)整流器泄漏電流造成的耗散功率增加快于通過(guò)系統(tǒng)熱阻的散熱時(shí)發(fā)生的不穩(wěn)定）。
除了肖特基接觸提供的普通寄生電容，溝道結(jié)構(gòu)中的電極和薄介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生第二個(gè)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(duì)于每個(gè)特定應(yīng)用，必須考慮這一點(diǎn)。在設(shè)計(jì)中，如果總損耗主要來(lái)自開(kāi)關(guān)損耗，則使用平面肖特基整流器可能更好，因?yàn)樗鼈兊募纳娙葺^低，盡管它們的泄漏電流較高或正向壓降較高。而對(duì)于正向壓降或泄漏電流是總損耗主導(dǎo)因素的應(yīng)用，應(yīng)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(fù)電流更大、反向恢復(fù)時(shí)間更長(zhǎng)，這得益于其較高的寄生電容。斜坡反向恢復(fù)測(cè)量還表明，T溝道整流器產(chǎn)生的振鈴?fù)绕矫嫫骷プ兊酶臁Ｍ瑯樱赥溝道整流器的等效電路圖中可以找到其中的一個(gè)原因。電路中的額外RC元件有助于抑制產(chǎn)生的振鈴。因此，在對(duì)EMC敏感的應(yīng)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(tǒng)設(shè)計(jì)考慮
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)工程師首先需要留意溝道整流器寄生電容比平面產(chǎn)品大這一點(diǎn)。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(quán)衡，T溝道肖特基整流器是正確選擇，但前提是系統(tǒng)能夠耐受較高的寄生電容。
（2）在器件開(kāi)關(guān)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(yīng)用的第一選擇。
（3）在高功率密度應(yīng)用中，器件的工作環(huán)境溫度會(huì)隨發(fā)熱而升高，T溝道肖特基二極管也具有優(yōu)勢(shì)，T溝道肖特基整流器熱穩(wěn)定性更好，可靠性更高，能應(yīng)對(duì)苛刻環(huán)境的影響。
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