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第三代半导体产业技术创新战略联盟 发布 T/CASA 001-2018 2018-09-21 发布 碳化硅肖特基势垒二极管通用技术规范 General Specification for Silicon Carbide Schottky Barrier Diodes 版本:V01.

00 CASA 第三代半导体产业技术创新战略联盟标准T/CASA 001-2018 I 目录 前言.I

1 范围.1

2 规范性引用文件.1

3 术语和定义.1 3.1 一般术语.1 3.2 额定值和特性的术语:电压.2 3.3 额定值和特性的术语:电流.3 3.4 额定值和特性的术语:耗散功率.5 3.5 额定值和特性的术语:其他特性.6

4 文字符号.9 4.1 概述.9 4.2 补充的通用下标.9 4.2.1 电流、电压和功率.9 4.2.2 电参数.9 4.3 文字符号表.9 4.3.1 电压(参见图

4、图5)9 4.3.2 电流(参见图 6)10 4.3.3 功率.11 4.3.4 开关.12

5 基本额定值和特性.12 5.1 概述.12 5.1.1 额定方法.12 5.1.2 推荐温度.12 5.2 额定条件.12 5.2.1 环境额定的碳化硅肖特基势垒二极管.12 5.2.2 管壳额定的碳化硅肖特基势垒二极管.13 5.2.3 环境温度或热沉温度或壳温或结温(Ta 或Ts 或Tc 或Tvj)13 5.3 电压和电流的额定值(极限值)13 5.3.1 反向不重复峰值电压(VRSM)13 5.3.2 反向重复峰值电压(VRRM)13 5.3.3 反向工作峰值电压(VRWM)13 5.3.4 反向直流电压(VR) (适用时)13 5.3.5 正向平均电流(IF(AV)13 5.3.6 正向重复峰值电流(IFRM) (适用时)13 5.3.7 正向过载电流(I(ov)14 5.3.8 正向浪涌电流(IFSM)14 5.3.9 非重复正向峰值电流(IF,max)15 5.3.10 正向直流电流(IF)15 5.3.11 管壳不破裂峰值电流(IRSMC)15 5.3.12 正向方均根电流(IF(RMS)15 5.4 频率额定值(极限值)15 T/CASA 001-2018 II 5.5 耗散功率额定值(极限值)15 5.5.1 反向浪涌耗散功率.15 5.5.2 反向重复峰值耗散功率.15 5.5.3 反向平均耗散功率.15 5.6 温度额定值(极限值)15 5.6.1 冷却流体的温度或基准点的温度(对于环境额定的或管壳额定的碳化 硅肖特基势垒二极管)15 5.6.2 贮存温度(Tstg)16 5.6.3 等效结温(Tj)(适用时)16 5.7 电特性.16 5.7.1 正向电压(在热平衡条件下)16 5.7.2 击穿电压(V(BR)16 5.7.3 反向重复峰值电流(IRRM)16 5.7.4 恢复电荷(Qr)(适用时) ,见图 8.16 5.7.5 反向恢复峰值电流(Irrm) (适用时) ,见图 8.17 5.7.6 反向恢复时间(trr) (适用时) ,见图 8.17 5.7.7 正向恢复时间(适用时)17 5.7.8 正向恢复峰值电压(VFRM) (适用时)17 5.7.9 (反向恢复)软[度]因子(FRRS) (适用时)18 5.8 热特性(适用时)18 5.8.1 热阻[Rth]18 5.8.2 瞬态热阻抗[Zth(t)18 5.9 反向直流电流(IR(D)18 5.10 总电容(Ctot) (适用时)18 5.11 总容性电荷(QC) (适用时)18 5.12 反向恢复能量(Err) (适用时)19 5.13 安装扭矩(M) (适用时)19 5.14 圆盘二极管的加紧力(适用时)19

6 型式试验和常规试验的要求,碳化硅肖特基势垒二极管的标志.19 6.1 型式试验.19 6.2 常规试验.19 6.3 测量和试验方法.20 6.4 碳化硅肖特基势垒二极管的标识.20

7 测量和试验方法.20 7.1 电特性的测量方法.20 7.1.1 一般注意事项.20 7.1.2 正向电压.20 7.1.3 击穿电压(V(BR)24 7.1.4 反向电流.25 7.1.5 恢复电荷、反向恢复时间(Qr,trr)27 7.1.6 正向恢复时间和正向恢复峰值电压(tfr,VFRM)31 7.1.7 总电容(Ctot)33 7.1.8 总容性电荷(QC)33 7.2 热特性测量方法.35 T/CASA 001-2018 III 7.2.1 引言.35 7.2.2 热阻(Rth)35 7.2.3 瞬态热阻抗[Zth(t)37 7.3 额定值(极限值)的检验方法.38 7.3.1 正向浪涌电流(IFSM)38 7.3.2 非重复正向峰值电流(IF,max)39 7.3.3 反向不重复峰值电压(VRSM)40 7.3.4 碳化硅肖特基势垒二极管的反向峰值功率(重复或不重复的) (PRRM,PRSM)41 7.3.5 管壳不破裂峰值电流.46 7.3.6 雪崩能量.47 7.4 电耐久性试验.49 7.4.1 耐久性试验表.49 7.4.2 耐久性试验条件.50 7.4.3 接收试验的失效判据和判定失效的特性.50 7.4.4 可靠性试验的判定失效的特性和失效判据.50 7.4.5 试验失误时的程序.50 7.4.6 循环负载试验.50 T/CASA 001-2018 I 前言 碳化硅(SiC)是目前发展最成熟的宽禁带半导体之一,具有比硅更高的击穿场强、更 快的饱和速度和电子漂移速度、 更宽的禁带宽度和更高的热导率等特性, 可制作性能更加优 异的高效、高温、高频、大功率、抗辐射功率器件.不仅能够在直流、交流输电,不间断电 源,开关电源,工业控制等传统工业领域广泛应用,而且在太阳能、风能、电动汽车航空航 天等领域也具有广阔的应用前景. 随着 SiC 肖特基势垒二极管的技术发展、市场逐步开启,Si 二极管的标准在某些方面 的规定既不能体现 SiC 二极管优越的特性,也限制了 SiC 二极管在某些突出特性方面的发 展,现组织制定《碳化硅肖特基势垒二极管通用技术规范》,以支撑产品的设计、生产、测量、验收等工作. 本标准由第三代半导体产业技术创新战略联盟标准化委员会 (CASAS) 制定发布, 版权 归CASA 所有,未经 CASA 许可不得随意复制;

其他机构采用本标准的技术内容制定标准 需经 CASA 允许;

任何单位或个人引用本标准的内容需指明本标准的标准号. 到本标准正式发布为止,CASAS 未收到任何有关本标准涉及专利的报告.CASAS 不负 责确认本标准的某些内容是否还存在涉及专利的可能性. 本标准主要起草单位:中国科学院微电子研究所;

全球能源互联网研究院有限公司;

中 国电子科技集团公司第五十五研究所;

株洲中车时代电气股份有限公司;

龙腾半导体有限公 司. 本标准主要起草人:许恒宇、李金元、柏松、李诚瞻、刘鹏飞、万彩萍、查t英、刘奥、 周维、赵璐冰、高伟. T/CASA 001-2018

1 碳化硅肖特基势垒二极管通用技术规范

1 范围 本标准适用于下列器件: ――碳化硅肖特基势垒二极管. 本标准规定了碳化硅肖特基势垒二极管的基本额定值和特性、型式试验和常规试验的 要求,碳化硅肖特基势垒二极管的标志以及测量和试验方法.

2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的.凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本 适用于本文件.凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文 件. GB/T 2900.66―2004 电工术语半导体器件和集成电路(IDT IEC 60050-521:2002) GB/T 4023―2015 半导体器件分立器件和集成电路 第2部分:整流二极管(IEC 60747-2:2000) GB/T 17573―1998 半导体器件分立器件和集成电路 第1部分:总则(IDT IEC 60747-1:1983) IEC 60747-2:2016 半导体器件 第2部分:分立器件―整流二极管(Semiconductor devices C Part 2: Discrete devices C Rectifier diodes) IEC 60749-23 半导体器件.机械和气候试验方法. 第23 部分:高温下的工作寿命 (Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 23: High temperature operating life) IEC 60749-25 半导体器件机械和气候试验方法 第25 部分:温度循环(Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 25: Temperature cycling) IEC 60749-34 半导体器件.机械和气候试验方法. 第34 部分:电力循环(Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods - Part 34: Power Cycling)

3 术语和定义 GB/T 17573―

1998、GB/T 2900.66―

2004、GB/T 4023―2015 和IEC 60747-2:2016 界定 的以及下列术语和定义适用本文件. 3.1 一般术语 3.1.1 正向 forward direction T/CASA 001-2018

2 直流电流沿碳化硅肖特基势垒二极管低阻流动的方向. 3.1.2 反向 reverse direction 直流电流沿碳化硅肖特基势垒二极管高阻流动的方向. 3.1.3 阳极端(碳化硅肖特基势垒二极管的或整流堆的) anode terminal(of a silicon carbide schottky barrier diode or rectifier stack) 正向电流向外部电路流入的端. 3.1.4 阴极端(碳化硅肖特基势垒二极管的或整流堆的)cathode terminal(of a silicon carbide schottky barrier diode or rectifier stack) 正向电流向外部电路流出的端. 3.1.5 整流堆臂 rectifier stack arm 以两个电路端为界的那部分整流堆,它具有基本上只在一个方向传导电流的特性. 注:整流堆臂可含有一个或若干个串联或并联或并串联的碳化硅肖特基势垒二极管,并作为一个整体 工作.这就意味着:整流堆臂可以是整流堆的一部分或整流堆的全部. 3.2 额定值和特性的术语:电压 3.2.1 正向电压 forward voltage VF 由正向电流的流动在正负电极两端间产生的电压. 3.2.2 门槛电压 threshold voltage 阈值电压 threshold voltage V(TO) 由正向特性近似直线与电压轴的交点确定的正向电压值. 3.2.3 正向恢复电压 forward recovery voltage VFR 从零电压或规定的反向电压向规定的正向电流瞬时切换后,在正向恢复时间期间出现 的变化的电压. 3.2.4 反向电压 reverse voltage VR 加在二极管上的恒值反向电压. T/CASA 001-2018

3 3.2.5 正向峰值电压 peak forward voltage 正向波峰电压 crest forward voltage VFM 由于一个超过规定平均电流 π 倍电流而导致超过极限值的电压. 3.2.6 反向重复峰值电压 repetitive peak reverse voltage VRRM 包括所有的重复瞬态电压,但不包括所有的不重复瞬态电压的最大瞬时值反向电压. 3.2.7 反向不重复峰值电压 non-repetitive peak reverse voltage 反向瞬态峰值电压 peak transient reverse voltage VRSM 碳化硅肖特基势垒二极管或整流堆臂两端出现的任何不重复最大瞬时值的瞬态反向电 压. 注1:应优先采用 反向不重复峰值电压 术语. 注2:重复电压通常是电路的函数,并使器件耗散功率增加.不重复瞬态电压通常由外因引起,并假 定其影响在下一次不重复瞬态电压来临之前已完全消失. 3.2.8 击穿电压 breakdown voltage VBR 在发生击穿的区域内的电压. 3.3 额定值和特性的术语:电流 3.3.1 正向电流 forward current IF 沿二极管低阻方向流动的电流. 3.3.2 正向平均电流 mean forward current IF(AV) 正向电流在一个周期内的平均值. 3.3.3 正向方均根电流 r.m.s. forward current IFRMS 正向电流在工作频率的一个完整周期的方均根值. 3.3.4 T/CASA 001-2018

4 正向重复峰值电流 repetitive peak forward current IFRM 包括所有重复瞬态电流的正向峰值电流. 3.3.5 正向过载电流 overload forward current I(OV) 一种持续工作将使结温超过额定最高等效结温,而通过限制持续时间使结温不超过额 定值的正向电流,这种正向电流和规定的正常正向电流波形基本相同而值较大. 注:根据应用需要,器件可频繁承受过载电流,但同时应承受正常工作电压. 3.3.6 正向浪涌电流 surge forward current IFSM 持续时间短并规定波形的正向脉冲电流.这种电流由电路异常情况(如故障)引起, 导致结温超过或可能超过额定最高结温,但假定其极少发生,并在器件工作寿命期内具有 限定的发生次数. 3.3.7 正向峰值电流 peak forward current IFM 所有重复和不重复瞬态正向电流在内的瞬时时间函数的最大值. 3.3.8 反向电流 reverse current IR 当施加规定的反向电压时,流过二极管的全部传导电流. 3.3.9 反向恢复电流 reverse recovery current IRR 在反向恢复时间出现的那部分反向电流. 3.3.10 I2t 值I2 t value 正向浪涌电流的平方对其持续时间的积分值. 3.3.11 管壳不破裂峰值电流 peak case non-rupture current IRSMC 为防止管壳爆裂或等离子束发射,在规定的电流、波形和时间的条件下,不应超过的 反向峰值电流. 注:本定义意味着器件在承受管壳不破裂峰值电流时,如无等离子束发射,允许器件管壳上有细小裂 纹,但管壳应不裂开,器件表面也不应有熔化或爆燃痕迹. T/CASA 001-2018

5 3.3.12 管壳不破裂 case non-rupture I2 RCt 为防止管壳爆裂或等离子束发射,在规定的电流、波形和时间的条件下,不应超过的 I2 RCt 值.以式(1)表示: ???

2 ? = ∫ ................