干货分享 | SiGe整流器：超过175℃的温度也能保持稳定
SiGe整流器集肖特基整流器的效率与快速恢复二极管的热稳定性于一身，让工程师能够优化100-200V功率电路的设计，从而达到更高的效率。该器件面向汽车、服务器市场和通信基础设施中的应用。这款符合AEC-Q101标准的SiGe整流器提供扩展的安全工作区域，在175°C以下不会发生热失控，特别适合高环境温度的应用。
以前设计100-200 V范围内的整流器电路时，工程师必须在效率和工作温度之间进行折衷。虽然肖特基整流器提供很高的效率，但在达到特定温度阈值后，它们会发生热失控。因此，它们不太适合引擎控制单元(ECU)或燃油喷射系统中的功率电路，因为这些部件的温度通常会上升至150°C以上。替代方案是使用快速恢复整流器。此类整流器具有极高的热稳定性，但它们的正向电压非常高，因而效率较低。
SiGe和理想整流器性能
与硅技术相比，SiGe技术具有更小的禁带宽度、更快速的开关频率和更高的固有载流子密度。这在高频率开关特性方面带来了优势，正因为如此，SiGe技术已经集成在IC内部的射频晶体管中。但在以前，SiGe只是作为大学论文的主题。
多年以来，Nexperia一直致力于开发SiGe整流器技术，我们已经拥有了一些专利，能够同时满足高效率和高温工作这两种明显相互冲突的需求。但与其他重大技术创新相同，我们了解这种技术如何真正为客户设计增加价值，因而只向市场发布经过验证的可扩展技术。
图1是Nexperia的新型SiGe整流器内部结构的简化示意图。为了进一步增强这些SiGe整流器的性能，它们采用了两引脚夹片粘合FlatPower(CFP)封装（CFP3和CFP5），这些封装本身就提供优良的散热性能。它还实现了脚对脚兼容，为肖特基整流器和快速恢复整流器提供简易替代。
图1：肖特基整流器和SiGe整流器的结构比较
如图2所示，新器件保持了高热稳定性，并且扩展了安全工作温度范围– 在本例中达到145 °C，超过这个温度之后，肖特基整流器就开始出现热失控。相反，我们的SiGe整流器在超过175°C的温度下也能保持稳定，这个温度是CFP封装的指定极限。
图2：肖特基整流器和SiGe整流器的泄漏电流与外壳温度。当泄漏电路的增长成为超指数增长时，就会发生热失控。
为了解决效率问题，我们在图3中看到，快速恢复整流器的正向电压通常大约为0.9 V。Nexperia的第一款SiGe二极管具有整个系列产品中目前最低的泄漏电流(1 nA)，如曲线所示，这等同于大约0.75 V的正向电压，具有150 mV的优势。因而传导损耗减少了大约20%。这种优势如何转化为效率，取决于多个因素，最重要的是应用的占空比。据粗略估计，效率预期会提高5%至10%，保持与最佳快速恢复二极管相同的热稳定性。
图3：肖特基整流器、SiGe整流器、快速恢复整流器的前向电压与泄漏电流之间的权衡。SiGe整流器的泄漏电流比肖特基整流器低两个数量级，前向压降比快速恢复整流器低大约20%。
新产品系列的起步
新技术的问世似乎很有希望解决一大设计难题，但在解决技术方面的问题之后，人们担忧的下一个问题是“它的易用性如何？”。SiGe是一种新的整流器材料，使用SiGe整流器也没有技术限制。事实上，在某些情况下，我们的SiGe整流器基本上是肖特基整流器的简易替代。同样，也不存在生产问题，Nexperia在汉堡前端生产基地中处理标准硅晶圆。
新的SiGe整流器是Nexperia功率二极管产品的完美补充，该产品采用夹片粘合CFP封装，目前包括100多个肖特基整流器和快速恢复整流器，这一数字还在继续增加。最早的四款120 V SiGe整流器已经推出，在今后几周内，我们还将发布额定电压为150 V或200 V的八款器件。所有器件都符合AEC-Q101标准，适合汽车应用，根据几家汽车制造商的要求，它们甚至通过了2倍AEC-Q101使用寿命测试。SiGe整流器设想中的其他大规模市场应用包括LED照明和通信基础设施。
作者简介
Jan Fischer
在瑞士巴塞尔大学获得理论物理博士学位之后，Jan曾在雷根斯堡大学从事博士后研究，随后于2011年加盟恩智浦汉堡团队，担任开发工程师。在该职位积累将近六年的经验后，他出任肖特基整流器和SiGe整流器产品经理。从一开始，Jan就参与Nexperia的SiGe整流器技术，该技术成为最初研究项目的一部分。
Nexperia (安世半导体)
Nexperia（安世半导体），作为半导体基础元器件生产领域的高产能生产专家，其产品广泛应用于全球各类电子设计。公司丰富的产品组合包括二极管、双极性晶体管、ESD 保护器件、MOSFET 器件、氮化镓场效应晶体管 (GaN FET) 以及模拟 IC 和逻辑 IC。Nexperia总部位于荷兰奈梅亨，每年可交付 900 多亿件产品，产品符合汽车行业的严苛标准。其产品在效率（如工艺、尺寸、功率及性能）方面获得行业广泛认可，拥有先进的小尺寸封装技术，可有效节省功耗及空间。
凭借几十年来的专业经验，Nexperia（安世半导体）持续不断地为全球各地的优质企业提供高效的产品及服务，并在亚洲、欧洲和美国拥有超过12,000名员工。Nexperia（安世半导体）是闻泰科技股份有限公司 (600745.SS) 的子公司，拥有庞大的知识产权组合，并获得了 IATF 16949、ISO 9001、ISO 14001 和 OHSAS 18001 认证。
Nexperia：效率致胜。