উচ্চ তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে কোন ডায়োড বেশি স্থিতিশীল?

一, ঐতিহ্যগত সিলিকন-ভিত্তিক ডায়োডের উচ্চ তাপমাত্রার ব্যর্থতা প্রক্রিয়া
1. PN জংশন ডায়োডের তাপমাত্রা সংবেদনশীলতা
স্ট্যান্ডার্ড সিলিকন পিএন জংশন ডায়োডগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় ব্যর্থতার দ্বৈত ঝুঁকি প্রদর্শন করে:

ইতিবাচক বৈশিষ্ট্যগত অবনতি: তাপমাত্রায় প্রতি 1 ডিগ্রি বৃদ্ধির জন্য, ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ প্রায় 2mV হ্রাস পায়, যার ফলে পরিবাহী হ্রাস বৃদ্ধি পায়। উদাহরণস্বরূপ, 150 ডিগ্রিতে, 1N4007 রেকটিফায়ার ডায়োডের ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ ঘরের তাপমাত্রায় 0.7V থেকে 0.4V এ কমে যায়, কিন্তু তাপ উত্তেজনার প্রভাবের কারণে সঞ্চালন কারেন্ট তিনগুণ বৃদ্ধি পায়, যার ফলে স্থানীয় অতিরিক্ত গরম হয়।
বর্ধিত বিপরীত পুনরুদ্ধারের সময়: সংখ্যালঘু বাহকদের জীবনকাল উচ্চ তাপমাত্রায় দীর্ঘায়িত হয়, এবং বিপরীত পুনরুদ্ধারের সময় (trr) ঘরের তাপমাত্রায় 500ns থেকে 2 μs পর্যন্ত প্রসারিত হয়, যার ফলে উচ্চ- ফ্রিকোয়েন্সি স্যুইচিং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে উল্লেখযোগ্য সুইচিং ক্ষতি হয়৷ একটি শিল্প ফ্রিকোয়েন্সি কনভার্টারের একটি কেস স্টাডি দেখায় যে যখন পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা 25 ডিগ্রি থেকে 125 ডিগ্রিতে বৃদ্ধি পায়, তখন ঐতিহ্যগত দ্রুত পুনরুদ্ধার ডায়োডগুলির স্যুইচিং ক্ষতি 47% বৃদ্ধি পায়, যার ফলে IGBT মডিউল জংশন তাপমাত্রা মানকে অতিক্রম করে।
2. Schottky ডায়োডের লিকেজ বর্তমান সংকট
যদিও সিলিকন-ভিত্তিক স্কোটকি ডায়োডগুলিতে কম ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ (0.2-0.4V) এবং দ্রুত স্যুইচিং বৈশিষ্ট্য রয়েছে, তবে তাদের ধাতব সেমিকন্ডাক্টর জংশন উচ্চ তাপমাত্রায় মারাত্মক ত্রুটিগুলি প্রকাশ করে:

রিভার্স লিকেজ কারেন্ট সূচক বৃদ্ধি: প্রতি 10 ডিগ্রী তাপমাত্রা বৃদ্ধির জন্য, ফুটো কারেন্ট দ্বিগুণ হয়। 175 ডিগ্রীতে, MBR2045CT Schottky ডায়োডের লিকেজ কারেন্ট 10mA-এ পৌঁছাতে পারে, যা এর রেট করা বিপরীত কারেন্ট (5 μA @ 25 ডিগ্রি) ছাড়িয়ে যায়। একটি গাড়ী চার্জারের পরীক্ষার তথ্য দেখায় যে যখন পরিবেষ্টিত তাপমাত্রা 125 ডিগ্রিতে পৌঁছায়, তখন প্রথাগত সিলিকন স্কোটকি ডায়োডগুলির লিকেজ কারেন্ট সিস্টেমের কার্যকারিতা 3.2% হ্রাসের দিকে নিয়ে যায়।
থার্মাল পালানোর ঝুঁকি: লিকেজ কারেন্ট দ্বারা উত্পন্ন জুল হিটিং পরিবেষ্টিত তাপমাত্রার সাথে একটি ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া লুপ তৈরি করে। একটি পরীক্ষায় দেখা গেছে যে 200 ডিগ্রী পরিবেশে, 30 সেকেন্ডের মধ্যে থার্মাল রনওয়ের কারণে একটি ঠাণ্ডা না করা সিলিকন স্কোটকি ডায়োড পুড়ে যায়।
3. জেনার ডায়োডের ভোল্টেজের ভারসাম্যহীনতা
জেনার ডায়োডগুলি উচ্চ তাপমাত্রায় দ্বৈত চ্যালেঞ্জের সম্মুখীন হয়:

জেনার ভোল্টেজ ড্রিফ্ট: -2mV/ ডিগ্রি তাপমাত্রা সহগ, 24V ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রকের আউটপুট ভোল্টেজ 150 ডিগ্রিতে 22.8V এ বিচ্যুত হতে পারে, যা নির্ভুল সার্কিটের স্থায়িত্বকে প্রভাবিত করে।
সর্বাধিক ক্ষয়প্রাপ্ত শক্তি ক্ষয়: তাপমাত্রার সাথে তাপ প্রতিরোধ ক্ষমতা বৃদ্ধি পায় এবং একটি নির্দিষ্ট 1W ভোল্টেজ নিয়ন্ত্রক টিউবের প্রকৃত ক্ষয়প্রাপ্ত শক্তি 125 ডিগ্রিতে 0.3W এ নেমে যায়, যার ফলে অতিরিক্ত গরম হয় এবং ডিভাইসের ক্ষতি হয়।
2, প্রশস্ত bandgap উপাদান ডায়োড উচ্চ তাপমাত্রা অগ্রগতি
1. SiC Schottky ডায়োড: উচ্চ-তাপমাত্রার পরিবাহিতা পুনঃসংজ্ঞায়িত করা
সিলিকন কার্বাইড উপাদান তিনটি প্রধান বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে উচ্চ-তাপমাত্রা স্থিতিশীল অপারেশন অর্জন করে:

প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ লিকেজ কারেন্টকে দমন করে: 3.2eV এর ব্যান্ডগ্যাপের প্রস্থের সাথে, 200 ডিগ্রিতে SiC এর অন্তর্নিহিত বাহক ঘনত্ব সিলিকনের মাত্র 1/10। পরীক্ষামূলক তথ্য দেখায় যে 200 ডিগ্রিতে C3D02060A SiC Schottky ডায়োডের লিকেজ বর্তমান ঘনত্ব হল মাত্র 0.1 μ A/cm ², যা সিলিকন ডিভাইসের চেয়ে তিন মাত্রার কম।
উচ্চ ভাঙ্গন ক্ষেত্রের শক্তি সঞ্চালন প্রতিরোধকে হ্রাস করে: একটি ভাঙ্গন ক্ষেত্রের শক্তি সিলিকনের (3MV/সেমি) 10 গুণ বেশি পাতলা ড্রিফ্ট স্তর ব্যবহারের অনুমতি দেয়। একটি 1200V SiC Schottky ডায়োডের পরিবাহী প্রতিরোধ ক্ষমতা মাত্র 0.8m Ω, যা একটি সিলিকন পিন ডায়োডের তুলনায় 90% কম এবং 75% দ্বারা পরিবাহী ক্ষতি কমায়।
উচ্চ তাপ পরিবাহিতা সহ তাপ অপচয়কে অপ্টিমাইজ করা: 4.9W/(cm · K) তাপ পরিবাহিতা তাপ অপচয় সাবস্ট্রেটে দ্রুত তাপ স্থানান্তর করতে সক্ষম করে। বৈদ্যুতিক গাড়ির মোটর কন্ট্রোলারের পরীক্ষায় দেখা গেছে যে SiC Schottky ডায়োড ব্যবহার করলে ডিভাইসের জংশন তাপমাত্রা 40 ডিগ্রি কমে যায় এবং সিলিকন সমাধানের তুলনায় সিস্টেমের দক্ষতা 2.3% উন্নত হয়।
2. কাঠামোগত উদ্ভাবন: সংখ্যালঘু বাহক সঞ্চয়স্থান নির্মূল করা
SiC Schottky ডায়োডগুলি একটি ধাতব সেমিকন্ডাক্টর বাধা কাঠামো গ্রহণ করে, PN জংশনগুলিতে সংখ্যালঘু বাহক ইনজেকশন পুনঃসংযোগ প্রক্রিয়া সম্পূর্ণরূপে নির্মূল করে, এবং তাদের বিপরীত পুনরুদ্ধার চার্জ (Qrr) সিলিকন দ্রুত পুনরুদ্ধার ডায়োডের মাত্র 1/20। 100kHz এর সুইচিং ফ্রিকোয়েন্সিতে, একটি 650V SiC Schottky ডায়োডের স্যুইচিং লস সিলিকন ডিভাইসের তুলনায় 82% কম হয়, যা পাওয়ার সিস্টেমকে 200kHz-এর উপরে উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করতে দেয় এবং চৌম্বকীয় উপাদানগুলির ভলিউম 60% কমিয়ে দেয়।

3, সাধারণ অ্যাপ্লিকেশন পরিস্থিতিতে কর্মক্ষমতা যাচাই
1. নতুন শক্তির যানবাহনের ক্ষেত্রে
টেসলা মডেল 3 মোটর কন্ট্রোলারটি অর্জন করতে ক্রি C3M0075120K SiC MOSFET এবং ম্যাচিং Schottky ডায়োড ব্যবহার করে:

স্যুইচিং ফ্রিকোয়েন্সি 50kHz-এ বৃদ্ধি পেয়েছে, ইন্ডাক্টর ভলিউম 40% কমেছে
সিস্টেমের দক্ষতা 98.5% পৌঁছেছে, যা সিলিকন দ্রবণ থেকে 1.2% বেশি
পরিসীমা 5-8% বৃদ্ধি পেয়েছে
2. শিল্প উচ্চ-তাপমাত্রার চুল্লির নিয়ন্ত্রণ
একটি নির্দিষ্ট স্টিল এন্টারপ্রাইজে একটি ক্রমাগত ঢালাই মেশিনের পাওয়ার সিস্টেম ROHM SCH2080KE SiC Schottky ডায়োড গ্রহণ করে। 150 ডিগ্রী পরিবেশে 20000 ঘন্টা একটানা অপারেশন করার পর:

ফুটো কারেন্ট 0.5 μA এর নিচে স্থিতিশীল থাকে
ডিভাইস ব্যর্থতার হার 0
সিস্টেম রক্ষণাবেক্ষণ চক্র 3 মাস থেকে 2 বছর বাড়ানো হয়েছে
3. মহাকাশ পাওয়ার সাপ্লাই
ইউরোপীয় স্পেস এজেন্সির সেন্টিনেল-6 স্যাটেলাইটের পাওয়ার সিস্টেম ইনফিনিয়ন IDH06G65C5XKSA1 SiC Schottky ডায়োড ব্যবহার করে। ভ্যাকুয়াম ঠান্ডা এবং গরম সাইক্লিং পরীক্ষার সময় -180 ডিগ্রি থেকে +150 ডিগ্রি পর্যন্ত :

পরামিতি প্রবাহ<0.5%
100krad (Si) পর্যন্ত বিকিরণ প্রতিরোধ
সিলিকন দ্রবণের তুলনায় ওজন 30% কমেছে