对于被动半导体功率开关器件,最常见的是硅(Si)二极管,包括PN结形式和肖特基(Schotty)的二极管,目前还有宽禁带材料的碳化硅(SiC)二极管,从前面可知,由于材料的优势它扩展了硅基二极管耐压的范围,尤其是对硅基肖特基二极管进行了极大的弥补。
对于硅基的肖特基二极管,由于材料性质限制和结构特性,其实际使用器件的耐压通常不超过200V,其耐压等级处于比较低的电压范围,通常用在低压整流电路中,使用在一些特殊电路中一定要注意其漏电流问题,尤其是高温漏电流问题,比如一些高阻抗采样端口的钳位电路,而碳化硅依靠自身的材料特性,将肖特基耐压提高了很多。所以钳位电路中对高阻抗输入端口,需要避免漏电流对正确信号的影响,选择时一定注意漏电流的大小。
MCU I/O采样接口钳位二极管
对于主动或有源半导体器件,以下是常用电压等级的器件,对于SiC器件我们只列出了SiC MOSFET,但目前硅基领域有的器件,SiC基器件均已出现,虽然SiC基的P型材料制作工艺不易。但是在传统的3300V或6500V耐压等级的IGBT中,SiC MOSFET以其相对简单的结构以及SiC材料带来的优良特性,SiC MOSFET完全可以替代SiC IGBT,也就没必要做SiC IGBT了,对于电压等级更高即超高压领域的功率开关器件,由于导电调制效应,双载流子器件相对较低的导通损耗优势又会显现出来,如10KV~20KV耐压等级的SiC IGBT。
对于超级结MOSFET,即SJ MOSFET是对硅材料器件在500V至600V以上的MOSFET做的一种结构改进(通常耐压在1700V以内),这有效降低了在较高电压等级下MOSFET的沟道导通电阻“Rdson”,目前在中小功率领域中得到广泛的应用,尤其是在带有PFC电路的反激式开关电源中,由于母线电压的提高加上反射电压反射电压,使得要求的器件耐压升高,加之散热和效率的需求,在结合成本等方面因素下使用SJ MOSFET是不错的选择,当然还有像中小功率的光伏逆变器中也会综合因素而选择SJ MOSFET。
下图中常用可控半导体器件类型和其工作频率的关系图,从中也可以看到,在500V及以上的耐压范围,IGBT和超级结MOSFET是对MOSFET器件的一种补充或衔接,这就是为什么说IGBT适用于高压大电流的原因,因为500V及以上耐压的普通MOSFET器件,其内阻急剧增大限制了其使用范围,当然这些都是器件结构、工艺和材料等综合因素决定的。
氮化镓(GaN)器件,目前在600V至900V范围,器件原理不同于其它半导体器件,目前这类器件叫做GaN HEMT,导电原理是二维电子气,是一种接近金属材料导电特性的器件。