提高电源效率、改善EMI，美浦森推出多款碳化硅二极管产品

前言

8月17日，由充电头网主办的2022（夏季）全球第三代半导体产业峰会在深圳福田会展中心成功举办。本次展会汇集了30多家第三代半导体厂商参展，并邀请了第三代半导体行业人士对行业动态进行介绍以及技术分享。

本次峰会邀请到了美浦森半导体技术经理肖杜先生进行演讲。肖杜先生在半导体行业已从业15年，加入美浦森半导体之前，先后在深圳天微电子、瑞萨电子(RENESAS)、万国半导体(AOS)任职，主要负责电源管理以及功率半导体器件的应用开发和技术支持，对功率器件有深入的理解和丰富的实践经验。

肖杜先生本次峰会的演讲主题是《碳化硅二极管的特性以及其在PFC中的应用》，主要从碳化硅材料的特性及其优缺点、Si二极管和SiC二极管特性、SiC器件在PFC的好处以及美浦森半导体公司以及产品介绍，四个部分展开。

碳化硅材料的特性及其优缺点

肖杜先生提到，快充行业和新能源行业领域的高速发展使得第三代半导体变得非常火热，演讲将从SiC的材料特性开始讲起。

肖杜先生介绍，硅二极管与碳化硅二极管的对比上，以4H-SiC为例，碳化硅材料拥有更大的禁带宽度，是硅材料的三倍，意味着更高的热稳定性、更好的雪崩能力、更强的抗辐射能力。

此外，碳化硅还拥有更高的击穿电场，是硅的十倍，能够实现更高的耐压、更低的导通压降；拥有更高的电子饱和漂移速度，能够实现更快的开关速度；更好的导热率能够实现更好的导热性能，更高的熔点意味着热稳定性好。

碳化硅材料的制备流程中，如衬底片的制作、晶圆的制作步骤上还拥有一些生长速度较慢，材料硬度高，切割打磨困难等难题。

肖杜先生指出，尽管制备成本高，但是碳化硅的材料特性非常优异，有着良好的市场前景。

Si二极管和SiC二极管特性

肖杜先生介绍，硅二极管的产品主要有PiN 二极管和肖特基二极管两种，PiN 二极管是有一个PN结，并中间插入本征半导体来形成，运用电子和空穴参与导电；肖特基二极管是金属半导体接触形成，载流子为电子。

正向导通小电流时，肖特基二极管的VF更低；正向导通大电流时，PiN二极管的VF会更低。反向恢复上，PiN二极管的耐压比肖特基二极管高，肖特基二极管则没有反向恢复过程。

然而，碳化硅肖特基二极管正向导通大电流时VF增加比较多，能够降低抗浪涌能力；反向恢复上，无载流子存储效应，反向恢复电流几乎为0，只有结电容充电电流，高温下也无明显增加。此外，碳化硅肖特基二极管耐压高，高温时漏电流明显增大。

在采用MPS结构与采用JBS结构进行对比，两者具有相似的结构，且MPS在P+区有欧姆接触，特性更像PiN二极管，大电流时PN会正偏，改善大电流时的VF；JBS的肖特基结势垒更低，大电流时VF偏高，漏电流偏大。

SiC器件在PFC中的好处

来到演讲第三部分，肖杜先生向在场观众介绍了PFC的应用。

当输入AC电压超过电解电容的时候，就会实现导通，并产生浪涌电流，对电网产生冲击和谐波污染造成损耗，无法通过国家谐波要求，且母线电压随输入电压变化，DC-DC级设计困难。

当应用了PFC后，电流跟随电压，同频同相位，并提高功率因数，还可降低谐波，为后级提供稳定的母线工作电压。

PFC的工作模式分为DCM/CRM模式和CMM模式，在DCM/CRM模式下，峰值电流会比较高，磁芯和铜线损耗高，但MOS可实现谷底开通，二极管没有反向恢复过程，EMI比较低；在CMM模式下，如果没有解决二极管反向恢复问题，二极管和MOS都会产生比较高的功耗，EMI干扰 比较强，但磁芯和铜线损耗低、滤波要求相对低。

因碳化硅二极管没有反向恢复，特性相对理想，将碳化硅在PCF上应用，可降低开关损耗，实现更高的工作频率，更小的磁性器件，以及滤波电容，还可改善EMI。

在双脉冲测试下，将PiN二极管换成SiC二极管，反向恢复电流几乎消失，FRD 峰值 Poff 下降5倍、MOS 峰值 Pon 下降34%。

美浦森半导体公司及产品介绍

美浦森SiC二极管实测的数据对比上看，在正向特性、反向特性、结电容以及结电容存储能量是上与国际品牌的参数接近一致。

现在，美浦森SiC二极管产品拥有650V、1200V反向耐压段，同时还做了1700V SiC二极管。

封装层面上，美浦森推出DFN5*6、DFN8*8的封装，体积较薄，能够应用在更高功率密度的应用。

演讲的最后，肖杜先生向现场观众介绍了美浦森半导体。

深圳市美浦森半导体有限公司于2014年成立，总部位于深圳，产品包括中大功率场效应管( 高中低压全系列产品， Trench MOSFET/SGT MOSFET /Super Junction MOSFET / Planar MOSFET) ， SiC 二极管、SiC MOSFET等系列产品，应用于5G通信、PC电源、LED照明、工业电源、汽车电子、PD快充、适配器、BMS、BLDC、消费类电子等。

作为专注功率器件设计的半导体公司，美浦森研发人员拥有超过15年的工作经验，并在深圳拥有功率半导体器件测试和应用实验室，未来将计划新建实验室，为客户提供更好的产品。

充电头网总结

作为第三代半导体双星材料的碳化硅，相比硅材料在损耗、设计上展现出较为明显的优势。作为专注功率器件设计的半导体公司，美浦森推出的碳化硅二极管产品实测数据在正向特性、反向特性、结电容以及结电容存储能量上接近国际厂商数据，期待其SiC产品在许多应用领域运用。