Influence of series resistance on thermally induced limitations of SiC Schottky diodes

The calculations and measurement results of static DC characteristics of SiC Schottky barrier diodes, including self-heating effect are presented in this paper. In particular, the influence of the value of parasitic series resistance of a diode on the shape of its non-isothermal I-V curves is analyzed. The electro-thermal interactions in a diode working in high-current region may lead to the thermal runaway, therefore the serious limitations of operation conditions exist. The analysis presented by other authors [1-3] show, that the maximum junction temperature (corresponding to the onset of runaway) may be, in some conditions, as low as 110°C, substantially below the generally expected temperature limit of SiC devices. According to the analysis and measurements presented in this paper, the SiC device is able to operate with much higher junction temperature than that predicted in [1-3]. On the other hand, as it is shown, the higher values of series resistance may strongly restrict the values of the diode current ratings, therefore the decrease of series resistance in the manufacturing process is of vital importance.

---

W artykule zaprezentowano obliczenia oraz pomiary statycznych charakterystyk DC diod Schottky'ego z węglika krzemu, z uwzględnieniem efektu samonagrzewania. Szczególną uwagę poświęcono wpływowi szeregowej rezystancji strat na kształt nieizotermicznych charakterystyk prądowo-napięciowych. Wzajemne oddziaływania elektro-termiczne w diodach pracujących z relatywnie dużymi prądami mogą doprowadzić do efektu określanego jako thermal runaway - czyli niekontrolowanego wzrostu napięcia na pasożytniczej rezystancji elementu. Z tego powodu istnieją poważne ograniczenia wartości zależnych od temperatury parametrów określających warunki pracy elementów (dopuszczalna temperatura pracy, maksymalny prąd przewodzenia). Znajduje się doniesienia [1—3], z których wynika, że maksymalna temperatura pracy elementów z węglika krzemu to 110°C, a przekroczenie tej temperatury może prowadzić do zniszczenia elementu. Wartość 110°C jest stanowczo za niska w odniesieniu do ogólnie oczekiwanych temperatur pracy elementów z węglika krzemu. Wyniki prezentowane w niniejszym opracowaniu wskazują na możliwości bezpiecznej pracy w zakresie temperatur znacznie szerszym niż zakres przewidywany w [1-3]. Z drugiej strony, pokazano że duże wartości szeregowej rezystancji strat mogą poważnie ograniczać zakres prądów dopuszczalnych dla elementów TL węglika krzemu. W związku z tym, dążenie do zmniejszenia udziału rezystancji pasożytniczej w tych elementach jest bardzo istotne.