Milline diood on kõrge temperatuuri tingimustes stabiilsem?

一 Traditsiooniliste räni{0}}põhiste dioodide kõrge temperatuuri rikkemehhanism
1. PN-siirdedioodide temperatuuritundlikkus
Standardsetel räni PN-ühendusdioodidel on kõrgetel temperatuuridel kahekordne rikkeoht:

Positiivne karakteristiku halvenemine: iga 1 kraadise temperatuuritõusu korral väheneb päripinge langus umbes 2 mV võrra, mille tulemuseks on juhtivuse kadu suurenemine. Näiteks 150 kraadi juures väheneb 1N4007 alaldi dioodi päripinge langus 0,7 V-lt toatemperatuuril 0,4 V-ni, kuid juhtivusvool suureneb termilise ergastuse mõju tõttu kolm korda, põhjustades lokaalset ülekuumenemist.
Pikenenud vastupidine taastumisaeg: vähemuskandjate eluiga pikeneb kõrgetel temperatuuridel ja vastupidine taastumisaeg (trr) pikeneb 500 ns-lt toatemperatuuril üle 2 μs, mille tulemuseks on märkimisväärsed lülituskadud kõrge sagedusega -lülitusrakendustes. Tööstusliku sagedusmuunduri juhtumiuuring näitab, et kui ümbritseva õhu temperatuur tõuseb 25 kraadilt 125 kraadini, suureneb traditsiooniliste kiirtaastega dioodide lülituskadu 47%, mille tulemusena ületab IGBT mooduli ristmiku temperatuur normi.
2. Schottky dioodide lekkevoolukriis
Kuigi räni{0}}põhistel Schottky dioodidel on madal päripinge langus (0,2–0,4 V) ja kiired lülitusomadused, paljastab nende metallist pooljuhtliitmik kõrgetel temperatuuridel surmavaid defekte:

Vastupidine lekkevoolu indeksi kasv: iga 10 kraadise temperatuuritõusu korral lekkevool kahekordistub. 175 kraadi juures võib MBR2045CT Schottky dioodi lekkevool ulatuda 10 mA-ni, ületades tunduvalt selle nimipöördvoolu (5 μA @ 25 kraadi). Autolaadija katseandmed näitavad, et kui ümbritseva õhu temperatuur jõuab 125 kraadini, vähendab traditsiooniliste räni Schottky dioodide lekkevool süsteemi efektiivsust 3,2%.
Termilise äravoolu oht: lekkevoolu tekitatud džaulide kuumenemine moodustab ümbritseva keskkonna temperatuuriga positiivse tagasisideahela. Katse näitas, et 200-kraadises keskkonnas põleb jahutamata räni Schottky diood termilise äravoolu tõttu läbi 30 sekundi jooksul.
3. Zeneri dioodi pinge tasakaalustamatus
Zeneri dioodid seisavad kõrgel temperatuuril silmitsi kahekordse väljakutsega:

Zeneri pinge triiv: temperatuurikoefitsiendiga -2 mV/kraad võib 24 V pingeregulaatori väljundpinge 150 kraadi juures erineda 22,8 V-ni, mõjutades täppisahelate stabiilsust.
Maksimaalne hajutatud võimsuse sumbumine: soojustakistus suureneb koos temperatuuriga ja teatud 1 W pingeregulaatori toru tegelik hajutatud võimsus langeb 125 kraadi juures 0,3 W-ni, mille tulemuseks on ülekuumenemine ja seadme kahjustus.
2, laia ribalaiusega materjalist dioodi kõrgtemperatuuriline läbimurre
1. SiC Schottky diood: kõrgel temperatuuril{1}}juhtivuse uuesti määratlemine
Ränikarbiidmaterjalid tagavad kõrgel{0}}temperatuuril stabiilse töö kolme peamise omaduse alusel:

Lai ribalaius summutab lekkevoolu: ribalaiusega 3,2 eV on SiC kandja sisemine kontsentratsioon 200 kraadi juures vaid 1/10 räni omast. Eksperimentaalsed andmed näitavad, et C3D02060A SiC Schottky dioodi lekkevoolu tihedus 200 kraadi juures on vaid 0,1 μ A/cm ², mis on kolm suurusjärku madalam kui räniseadmetel.
Suur läbilöögivälja tugevus vähendab juhtivustakistust: Ränist 10 korda suurem läbilöögivälja tugevus (3MV/cm) võimaldab kasutada õhemaid triivimiskihte. 1200 V SiC Schottky dioodi juhtivustakistus on vaid 0,8 m Ω, mis on 90% madalam kui räni PIN dioodil ja vähendab juhtivuskadu 75%.
Suure soojusjuhtivusega soojuse hajumise optimeerimine: Soojusjuhtivus 4,9 W/(cm · K) võimaldab kiiret soojusülekannet soojust hajutavale substraadile. Elektrisõiduki mootorikontrolleri testid on näidanud, et SiC Schottky dioodide kasutamine vähendab seadme ristmiku temperatuuri 40 kraadi võrra ja parandab süsteemi efektiivsust 2,3% võrreldes ränilahendustega.
2. Struktuuriuuendus: vähemusoperaatorite salvestusruumi kaotamine
SiC Schottky dioodidel on metallist pooljuhtbarjääri struktuur, mis välistab täielikult vähemuskandja süstimise rekombinatsiooniprotsessi PN-ristmikel ja nende pöördtaastelaeng (Qrr) on vaid 1/20 räni kiire taastumisega dioodide omast. Lülitussagedusel 100 kHz väheneb 650 V SiC Schottky dioodi lülituskadu võrreldes räniseadmetega 82%, võimaldades toitesüsteemil töötada kõrgetel sagedustel üle 200 kHz ja vähendada magnetkomponentide mahtu 60%.

3, tüüpiliste rakenduste stsenaariumide toimivuse kontrollimine
1. Uute energiasõidukite valdkonnas
Tesla Model 3 mootorikontroller kasutab Cree C3M0075120K SiC MOSFET-i ja sobivat Schottky dioodi, et saavutada:

Lülitussagedust suurendati 50 kHz-ni, induktiivpooli helitugevust vähendati 40%
Süsteemi efektiivsus ulatub 98,5%-ni, mis on 1,2% kõrgem kui ränilahusel
Vahemik suurenes 5-8%
2. Tööstuslike kõrge temperatuuriga-ahjude juhtimine
Teatud teraseettevõtte pideva valumasina toitesüsteem kasutab ROHM SCH2080KE SiC Schottky dioodi. Pärast pidevat töötamist 20 000 tundi 150 kraadi keskkonnas:

Lekkevool jääb stabiilseks alla 0,5 μA
Seadme tõrkemäär on 0
Süsteemi hooldustsüklit on pikendatud 3 kuult 2 aastani
3. Lennunduse toiteallikas
Euroopa Kosmoseagentuuri satelliidi Sentinel-6 toitesüsteem kasutab Infineon IDH06G65C5XKSA1 SiC Schottky dioode. Vaakumkülma ja kuuma rattasõidu testi ajal -180 kraadist kuni +150 kraadini:

Parameetri triiv<0.5%
Kiirguskindlus kuni 100 krad (Si)
Kaal vähenes 30% võrreldes ränilahusega