Katera dioda je bolj stabilna pri visokih temperaturah?

一, Visokotemperaturni mehanizem odpovedi tradicionalnih diod na osnovi silicija-
1. Temperaturna občutljivost diod s PN spojem
Standardne silicijeve PN spojne diode kažejo dvojno tveganje okvare pri visokih temperaturah:

Pozitivna značilna degradacija: Za vsako 1 stopinjo povečanja temperature se padec napetosti naprej zmanjša za približno 2 mV, kar povzroči povečanje izgube prevodnosti. Na primer, pri 150 stopinjah se padec napetosti naprej usmerniške diode 1N4007 zmanjša z 0,7 V pri sobni temperaturi na 0,4 V, toda prevodni tok se poveča za trikrat zaradi učinka termičnega vzbujanja, kar povzroči lokalno pregrevanje.
Podaljšan povratni obnovitveni čas: Življenjska doba manjšinskih nosilcev se podaljša pri visokih temperaturah, povratni obnovitveni čas (trr) pa se podaljša s 500 ns pri sobni temperaturi na več kot 2 μs, kar povzroči znatne izgube pri preklapljanju v aplikacijah z visoko-frekvenčnim preklapljanjem. Študija primera industrijskega frekvenčnega pretvornika kaže, da ko se temperatura okolice dvigne s 25 stopinj na 125 stopinj, se preklopna izguba tradicionalnih diod za hitro obnovitev poveča za 47 %, kar povzroči, da temperatura spoja modula IGBT preseže standard.
2. Kriza uhajanja Schottkyjevih diod
Čeprav imajo silicijeve -osnovane Schottkyjeve diode majhen padec napetosti naprej (0,2–0,4 V) in značilnosti hitrega preklopa, njihov kovinski polprevodniški spoj pri visokih temperaturah razkrije usodne napake:

Rast indeksa obratnega toka uhajanja: Za vsakih 10 stopinj dviga temperature se tok uhajanja podvoji. Pri 175 stopinjah lahko uhajajoči tok diode MBR2045CT Schottky doseže 10 mA, kar daleč presega nazivni povratni tok (5 μA pri 25 stopinjah). Podatki o preskusu avtomobilskega polnilnika kažejo, da ko temperatura okolice doseže 125 stopinj, tok uhajanja tradicionalnih silicijevih Schottky diod povzroči 3,2-odstotno zmanjšanje učinkovitosti sistema.
Tveganje toplotnega uhajanja: Joulovo segrevanje, ki nastane zaradi toka uhajanja, tvori pozitivno povratno zanko s temperaturo okolja. Eksperiment je pokazal, da v okolju 200 stopinj nehlajena silicijeva Schottkyjeva dioda izgori zaradi toplotnega uhajanja v 30 sekundah.
3. Napetostno neravnovesje Zener diode
Zener diode se pri visokih temperaturah soočajo z dvojnimi izzivi:

Zenerjev zamik napetosti: S temperaturnim koeficientom -2 mV/stopinjo lahko izhodna napetost regulatorja napetosti 24 V odstopa na 22,8 V pri 150 stopinjah, kar vpliva na stabilnost natančnih vezij.
Največja oslabljena razpršena moč: Toplotni upor narašča s temperaturo in dejanska razpršena moč določene cevi regulatorja napetosti 1 W pade na 0,3 W pri 125 stopinjah, kar povzroči pregrevanje in poškodbo naprave.
2, visokotemperaturni preboj materialne diode s širokim pasovnim razpokom
1. SiC Schottkyjeva dioda: redefinicija visoko{1}}temperaturne prevodnosti
Materiali iz silicijevega karbida dosegajo visoko{0}}temperaturno stabilno delovanje na podlagi treh glavnih značilnosti:

Širok pasovni razmik zavira uhajajoči tok: s širino pasovnega razmika 3,2 eV je intrinzična koncentracija nosilca SiC pri 200 stopinjah le 1/10 koncentracije silicija. Eksperimentalni podatki kažejo, da je gostota uhajanja toka C3D02060A SiC Schottky diode pri 200 stopinjah le 0,1 μ A/cm², kar je tri velikosti nižje kot pri silicijevih napravah.
Visoka prebojna poljska jakost zmanjša prevodni upor: prelomna poljska jakost, ki je 10-krat večja od silicija (3MV/cm), omogoča uporabo tanjših nanosnih plasti. Prevodni upor 1200 V SiC Schottky diode je le 0,8 m Ω, kar je 90 % manj kot pri silicijevi PIN diodi in zmanjša izgubo prevodnosti za 75 %.
Optimiziranje odvajanja toplote z visoko toplotno prevodnostjo: Toplotna prevodnost 4,9 W/(cm · K) omogoča hiter prenos toplote na podlago za odvajanje toplote. Preizkusi na krmilniku motorja električnih vozil so pokazali, da uporaba SiC Schottky diod zmanjša temperaturo spoja naprave za 40 stopinj in izboljša učinkovitost sistema za 2,3 % v primerjavi s silicijevimi raztopinami.
2. Strukturne inovacije: Odprava shranjevanja manjšinskih nosilcev
SiC Schottky diode sprejmejo kovinsko polprevodniško pregradno strukturo, s čimer popolnoma odpravijo postopek rekombinacije manjšinskih nosilcev v PN spojih, njihov povratni povratni naboj (Qrr) pa je le 1/20 naboja silicijevih hitro obnovitvenih diod. Pri preklopni frekvenci 100 kHz se preklopna izguba 650 V SiC Schottky diode zmanjša za 82 % v primerjavi s silicijevimi napravami, kar omogoča, da napajalni sistem deluje pri visokih frekvencah nad 200 kHz in zmanjša prostornino magnetnih komponent za 60 %.

3, preverjanje delovanja tipičnih scenarijev uporabe
1. Na področju novih energetskih vozil
Krmilnik motorja Tesla Model 3 uporablja Cree C3M0075120K SiC MOSFET in ustrezno diodo Schottky za doseganje:

Preklopna frekvenca se je povečala na 50 kHz, glasnost induktorja zmanjšana za 40 %
Učinkovitost sistema doseže 98,5%, kar je 1,2% več kot pri raztopini silicija
Domet se je povečal za 5–8 %
2. Nadzor industrijskih visokotemperaturnih-peči
Napajalni sistem stroja za kontinuirno litje v določenem jeklarskem podjetju uporablja ROHM SCH2080KE SiC Schottky diodo. Po neprekinjenem delovanju 20000 ur pri 150 stopinjah okolja:

Tok uhajanja ostane stabilen pod 0,5 μA
Stopnja napak naprave je 0
Cikel vzdrževanja sistema je bil podaljšan s 3 mesecev na 2 leti
3. Napajanje za letalstvo
Napajalni sistem satelita Sentinel-6 Evropske vesoljske agencije uporablja Infineon IDH06G65C5XKSA1 SiC Schottky diode. Med vakuumskim hladnim in vročim cikličnim preskusom od -180 stopinj do +150 stopinj:

Premik parametrov<0.5%
Odpornost na sevanje do 100krad (Si)
Teža je zmanjšana za 30 % v primerjavi s silikonsko raztopino