Oblea SiC JFET *S

Los semiconductores de banda prohibida ancha (WBG), como el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), exhiben un rendimiento excelente en términos de eficiencia, densidad de potencia y capacidad de bloqueo de alto voltaje. En el proceso de utilización de materiales WBG, se han fabricado diferentes estructuras de dispositivos semiconductores de potencia basados ​​en SiC para aplicaciones de energía, como transistores de efecto de campo de puerta de unión transversal o vertical (JFET) y transistores de efecto de campo de óxido metálico planos y de trinchera. Los dispositivos SiC JFET y MOSFET son dispositivos unipolares con alta velocidad de conmutación, principalmente adecuados para el rango de 0,6 ~ 10 kV. PAM-XIAMEN puede crecer epitaxialmenteObleas de SiCpara la fabricación de JFET, tome la siguiente estructura epi, por ejemplo.

1. Estructura epitaxial de SiC JFET

2. Lo que yosJFETyyotsWtrabajando?

JEFT es un transistor de efecto de campo normalmente abierto que controla el ancho de la capa de agotamiento de la unión PN aplicando diferentes voltajes inversos entre la puerta G y la fuente S, lo que hace que el ancho del canal conductor desde el drenaje D hasta la fuente S cambiar, controlando así los Id. actuales.

Para los JFET de tipo agotamiento, la resistencia del canal se minimiza en el equilibrio (sin aplicar voltaje). Tanto el voltaje Vds como el Vgs pueden cambiar el ancho de la barrera de unión pn de la compuerta, cambiando así la longitud y el espesor del canal (el voltaje de la compuerta provoca cambios uniformes en el espesor del canal, el voltaje de drenaje de la fuente provoca cambios desiguales en el espesor del canal), provocando cambios en la resistencia del canal y dando como resultado cambios en los Ids, para amplificar la señal de entrada.

Cuando Vds es bajo, el canal de JFET exhibe características de resistencia, que es la llamada región de trabajo de resistencia. En este momento, la corriente de drenaje básicamente aumenta linealmente con el aumento del voltaje Vds, pero la corriente de drenaje aumenta en una fórmula cuadrada con el aumento del voltaje de puerta Vgs; Cuando Vds aumenta aún más, el canal primero se pellizca en el extremo del drenaje y la corriente de drenaje alcanza su máximo y se satura (la corriente de saturación está determinada por la resistencia del canal que no se pellizca). Esta es la región de amplificación de saturación del JFET, donde aparece como una fuente de corriente constante.

3.SiCJFETvsMOSFET

Debido a las características imperfectas de la estructura MOS de carburo de silicio, la estructura SiC JFET con la misma operación unipolar ha recibido atención y se ha comercializado primero. En comparación con los dispositivos de potencia con estructura MOS, la puerta de la estructura JFET adopta una unión PN con polarización inversa para regular el canal de conducción, por lo que no está limitada por los problemas de confiabilidad causados ​​por defectos en la capa de óxido de la puerta y la baja movilidad del portador. Las mismas características de trabajo unipolares le permiten mantener una buena capacidad de trabajo de alta frecuencia. Antes de que los dispositivos MOS resuelvan por completo los problemas de movilidad del canal, los dispositivos JFET de carburo de silicio parecen mostrar una tendencia de desarrollo más favorable, y sus ventajas en comparación con los dispositivos MOSFET se han convertido en un foco clave de atención para los solicitantes de dispositivos de próxima generación.

Fig. 1 Comparación de la configuración del controlador entre SiC MOSFET y SiC JFET

El principio de funcionamiento y las diferencias estructurales de los electrodos de compuerta determinan en gran medida las importantes diferencias de rendimiento entre JFET y MOSFET. Además de mejorar en gran medida la conductividad al evitar la influencia de los defectos de la capa de óxido de puerta, los dispositivos JFET de carburo de silicio también tienen las siguientes ventajas características adicionales:

1) Estabilidad del voltaje umbral con la temperatura. En comparación con el uso de la capa de inversión MOSFET para regular el canal de conducción, la disminución del voltaje umbral de la puerta de los dispositivos JFET con temperatura es menor que la de los MOSFET. Esto se debe a que el campo eléctrico incorporado de la unión PN que varía con la temperatura es mucho menor que el voltaje de pellizco, lo cual es extremadamente importante para una operación de conmutación estable en entornos de alta temperatura y reduce la posibilidad de disparos falsos de dispositivos MOSFET similares en Altas temperaturas de unión.

2) Buena confiabilidad a altas temperaturas. Debido a la falta de problemas de confiabilidad causados ​​por la calidad de la capa de óxido de la puerta, los dispositivos SiC JFET claramente tienen muy buena robustez y actualmente tienen un rango de temperatura de unión operativa más alto que los MOSFET, sin preocuparse por la falla del aislamiento dependiente del tiempo causada por largas funcionamiento a alta temperatura a largo plazo.

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