利用沟槽 MOS 结构改善反向恢复时间

　　肖特基势垒二极管 (SBD) 具有几个区别于 pn 结二极管的关键特性。首先是它们的构造方式：在pn 结二极管中，结是在 p 型和 n 型半导体材料之间形成的，而 SBD 则具有金属-半导体结。由于与 pn 结二极管相比，金属-半导体结的电流势垒较小，因此它们具有较低的正向压降（较低的 VF）。这反过来又会带来更快、更高效的开关，使 SBD 成为电源和整流器等高频应用的良好选择。 SBD 还具有比pn 结二极管更高的反向漏电流，并且 TRR（反向恢复时间）几乎为零，使它们能够在导通和不导通之间快速切换。

　　图 1.  YQ 肖特基势垒二极管 (SBD) 系列为从汽车到工业的各种应用提供了选择。图片由博多电力系统提供 
　　肖特基二极管通常用于对快速开关速度、低正向压降和低反向恢复时间至关重要的应用，例如电源、稳压器和射频电路中的整流、钳位和保护电路。 SBD 的主要问题涉及热温度敏感性，因为它们的正向压降会因产生的热量而随着温度的升高而增加，从而导致效率低下的问题。
　　沟槽MOS结构
　　用于 SBD 的两种基本类型的 MOS（金属氧化物半导体）结构是平面型和沟槽型，如图 2 所示。一般来说，沟槽型 MOS 结构（与平面型结构相比）在正向偏压期间在外延晶圆层中表现出低电阻，导致低VF。在反向偏压期间，由于电场集中减轻，I R减小。

　　平面MOS结构包括金属层、肖特基金属层和位于N+衬底晶片顶部的N-外延层之上的氧化膜，所有这些都彼此堆叠。沟槽MOS结构包括肖特基金属层顶部的金属层。下面是外延层，其沟槽封闭在包含多晶硅层的氧化膜内。外延N层下方是衬底层。

　　图 2 显示了反向施加时的电场分布。传统的平面结构中，电场集中在金属结处；然而，Rohm 专有的沟槽结构可减轻电场集中，在氧化膜与外延 N 层接触处出现场强。当以相反方向施加时，电场不太可能集中。外延层即使在低电阻下也表现出低IR ；当正向应用时，它表现出低电阻，并实现较低的 VF，从而在整流应用中实现更高的效率。

　　图 2. 平面 MOS 结构与沟槽 MOS 结构的比较。图片由博多电力系统提供 
　　YQ系列肖特基势垒二极管

　　Rohm 推出了 YQ 系列 SBD，具有 100 V 击穿电压，适用于汽车、工业和消费应用中的电源和保护电路。如图 3 所示，YQ 系列是 Rohm 功率 SBD 系列的一部分。

　　图 3.Rohm 的功率 SBD 产品阵容，包括 YQ 系列。图片由博多电力系统提供
　　Rohm 专有的沟槽 MOS 结构可同时降低 VF 和 IR，从而降低功率损耗，包括在正向偏置应用中使用时降低损耗。与一般沟槽型MOS产品相比，整体开关损耗降低约26%。它们还具有 15 ns 的 TRR，可将切换应用时的 TRR 损耗降低约 37%。 YQ 系列的热失控风险也较小。
　　表现

　　SBD 因在汽车、工业和消费设备市场的应用中实现更大的小型化、更低的损耗以及降低VF和IR而享有盛誉。 YQ 系列实现了业界的 15 ns TRR，而标准沟槽 MOS 产品的 TRR 为 19 ns（IF为3 A，VR为48 V），如图 4 所示。请注意，这是针对 IF = 3 的情况。 A、VR = 48V，di/dt = -200A/μs。

　　图 4. YQ 系列的 TRR 与两种等效功率 SBD 解决方案的比较。图片由博多电力系统提供
　　图C和D比较了YQ10RSM10SD和其他三个公司的等效功率SBD的100V/10A级TO-277封装产品的I F -V F和电容-VR 特性结果。

　　图 5 显示，YQ10RSM10SD 具有的 V F特性之一，几乎与 A 公司的产品相当，这意味着这两个 SBD 具有的传导损耗。相比之下，B公司和C公司产品的VF大约高出10-20%，导致导通损耗比YQ10RSM10SD和A公司更高。

　　图 5.  YQ10RSM10SD 的正向电流与正向电压与其他三种等效 SBD 解决方案的比较。图片由博多电力系统提供 

　　根据图6所示的电容VR特性，与产品A、B和C相比，YQ10RSM10SD由于具有的电容（大约一半），因此具有的开关损耗。

　　图 6.  YQ10RSM10SD 的结电容与反向电压与其他三种等效 SBD 解决方案的比较。图片由博多电力系统提供 [PDF]

　　技术规格

　　图 7 显示了基于封装的 YQ 产品阵容并总结了关键技术规格。
　　图 7.  YQ SBD 系列。图片由博多电力系统提供 
　　使用：汽车前照灯

　　YQ 系列 SBD 有多种应用，包括汽车 LED 头灯、xEV DC-DC 转换器、工业设备电源和照明。一种常见的应用是对汽车 LED 前照灯外围电路中的升压模块进行整流。该电路如图 8 所示，其中 SBD 功率 MOS 为红色轮廓，升压模块为黄色，低侧开关模块为蓝色。

　　图 8.汽车 LED 前照灯外围电路中升压模块的整流电路。图片由博多电力系统提供 
　　汽车 LED 前照灯的此类电路在密封条件下通电，这意味着温度可能会变得非常高。更复杂的是，近年来汽车前照灯中灯泡的数量不断增加，电路板的尺寸不断减小，导致发热条件恶劣和温度极高。
　　用于此类应用的功率 SBD 应表现出低 VF和IR以及出色的散热性能，以降低热失控风险的可能性，这正是 YQ 功率 SBD 所实现的目标。

　　使用车载LED驱动器BD18353EFV-M及其评估板，如图9所示，将YQ10RSM10SD（100V/10A/TO-277）的电源转换效率和发热情况与其他公司的同类产品进行了比较。图 9 以蓝色显示了开关 MOSFET，并使用了 RD3P100SNFRA (100V/10A/TO-252)。

　　图 9. 评估板图片和电路图。图片由博多电力系统提供

　　图 10 显示了所使用的评估板和电路。该评估是通过更换升压块中的整流二极管（以红色框出）来进行的。根据LED头灯评估板的结果，标准沟槽MOS产品与YQ系列产品相比（见图10），TRR损耗降低了约37%，开关损耗降低了26%。

　　图 10. 在 LED 前照灯评估板上测得的开关损耗比较。图片由博多电力系统提供

　　图 11 显示了效率和封装表面温度 Tc 结果。首先，确认YQ10RSM10SD（具有优异的VF和电容特性）具有的功率转换效率，并将Tc保持在55.8°C的水平。即使采用相同的封装，由于 V F高，B 和 C 的效率明显较低，并且 Tc 分别在 61.0°C 和 59.2°C 时显着较高。尽管A具有与YQ10RSM10SD相当的VF特性，但效率较低，并且由于开关损耗较高，Tc（58.0°C）较高。

　　图 11. 使用 YQ10RSM10SD 与其他三个公司 A、B 和 C 的等效解决方案的效率和封装表面温度的比较结果。图片由Bodo's Power Systems提供 [PDF]
　　YQ SBD 系列具有专有的沟槽 MOS 结构，与传统的 pn 结解决方案相比具有多种优势。其一是 I R和 V F之间的权衡，从而提高效率并减少热量产生。这些 100 V 击穿肖特基势垒二极管提供业界的 TRR，非常适合工业、汽车和消费应用中使用的保护和电源电路。