白皮书Trench和平面肖特基整流二极管的比较
Trench技术提供更低的Qrr、更少的开关损耗和更宽的安全工作区
作者：Nexperia应用市场营销经理Reza Behtash博士（在读）肖特基二极管以发明者德国物理学家华特·汉斯·肖特基命名，实质上由金属-半导体接面组成。得益于较低的正向压降和较高的开关速度，肖特基二极管广泛用于多种应用，例如在功率转换电路中作为升压二极管。当然，肖特基二极管的电气性能主要受

到正向压降、漏电流和反向截止电压之间的物理权衡的影响。Trench肖特基二极管是在原始肖特基二极管基础之上的进一步发展，提供比平面肖特基整流二极管更出色的功能。本文将讨论Trench肖特基整流二极管的结构和优点。
肖特基整流二极管的工作原理

Trench技术

低寄生电容，从而帮助实现高开关速度。考虑正向压降时，有止电压的要求，应该如何保持肖特基整流二极管的主要优

理想的整流器具有低正向压降、高反向截止电压、零漏电流和
两个主要因素：结点处的压降（PN整流二极管为PN结，肖特基整流二极管为金属-半导体结）；以及漂移区的压降。虽然PN结的正向压降在本质上由内置电压决定，因而主要由指定半导体

材料决定，但肖特基势垒整流二极管中金属-半导体接面的正向压降可通过选择肖特基金属来修改，而肖特基势垒就是半导体
的金属功函数和电子亲合能之差。

通过使用具有低金属功函数的肖特基金属，可最大限度减少金鉴于该解释，有人可能会问，不管对低漏电流和高反向截势⸺即金属半导体接面的低压降？在这里，Trench整流二极管被证明非常有用。Trench肖特基整流二极管背后的概念

被称为“RESURF”（降低表面电场(reduced surface ﬁeld)）。
RESURF效应如图1所示。在平面肖特基整流二极管中，等势线
集中在上电极附近，导致表面附近的电场较高。因此，随着反向电压增加，漏电流显著增加，并且当表面附近的电场超出临界值时，会发生早期击穿现象。

属半导体接面的压降。但是，结点处的正向压降和肖特基整流金属

电势线二极管的漏电流之间存在权衡关系，因为漏电流的级别也由肖特基势垒和金属半导体接面的电场决定。除了该权衡，为实现

N型漂移区

高反向截止电压，当漂移区的厚度增加时，结点处低压降的优势可能会消失。因此，肖特基整流二极管的反向截止电压历来
限制在200 V以下。

n+基片aaa-029509

图1：平面肖特基整流二极管（左）和反方向Trench肖特基整流二极管（右）中的等势线。

通过将沟道蚀刻到硅并在其中填满多晶硅（通过薄介质以电子

上耗尽漂移区，沿漂移区呈现平面电场分布。因此，Trench概念可缓和表面附近的电场，与具有相同外延结构的平面器件相比，可产生更高的击穿电压，从而实现更低的漏电流。

PMEG100T080ELPE

100
最大反向电压(V)方式与漂移区分离），Trench充当半导体中的场板，在反方向

竞争对手器件

12080

40 V

60

Rth(j-a)= 90 K/W

4020Nexperia开发并推出了电压范围介于45-100 V之间的一系列Trench

肖特基整流二极管（PMEG*T系列）。这些器件可在正向压降(Vf )和漏电流(IR)之间实现适宜的权衡。例如，60 V产品的V f-IR权衡如图2所示。在该图中，根据125°C条件下最大正向电流时的正向压降，绘制了最大反向电压时的漏电流。为进行比00255075100结温(oC)

125150175

图3：Nexperia的PMEG100T080ELPE Trench肖特基整流二极管与竞争
对手的Trench肖特基整流二极管产品的比较。

较，该图还绘制了另外两个制造商的一些Trench和平面肖特因此，在必须耐受较高环境温度的应用中，如汽车领最低的漏电流。

健，可防止热失控（当整流二极管漏电流造成的耗散功率增加

基整流二极管。对于给定的正向压降，Nexperia器件显示出快于通过系统热阻的散热时发生的不稳定）。

1060V时的IR，125 °C (mA)域，Trench肖特基整流二极管是合适的选择，因为它们更加稳Trench肖特基整流二极管的等效电路图如图4所示。除了肖特基二级管通常提供的寄生电容C DIODE，沟道结构中的电极和薄较低的IR → 性能提升

1上，Trench肖特基整流二极管的总寄生电容高于平面肖特基整流二极管。

新 60 V

10-10.42

介质会产生第二个寄生电容C TRENCH。这意味着，在每单位面积

管流二极

平面整类型

蓝色：Nexperia
红色：制造商A
黑色：制造商B

较低的VF → 性能提升0.440.460.48

阳极- Trench

0.50

0.52

0.54

0.560.580.60

IF最大值时的VF，125 °C (V)图2：125°C条件下，最大反向电压和最大正向电流时的Vf/IR权衡。

aaa-029510

RTrenchCDiode

CTrench宽广的安全工作区(SOA)

与具有可比正向压降的同等平面肖特基整流二极管相比，Trench
肖特基整流二极管的漏电流较低，这表示Trench器件的安全工作区(SOA)更宽。SOA定义了能够针对结温施加的最大反向电压。与平面肖特基整流二极管相比，Nexperia的Trench整流二
极管除了提供固有的SOA优势之外，在设计时还特别注意提供

宽广的SOA。图3显示当系统热阻(Rth(j-a))为90 K/W时，Nexperia

的Trench肖特基整流二极管（PMEG100T080ELPE - 橙色线）与另一家供应商的Trench肖特基整流二极管（蓝色）的SOA比较。在125°C的结温下，Nexperia的Trench肖特基整流二极管的最大允许反向电压比竞争对手的Trench肖特基整流二极管产品高出将近40 V。

2白皮书，Trench肖特基整流二极管RDrift阴极图4：Trench肖特基整流二极管的剖面和等效电路图，高亮显示电路元件。

但是，CTRENCH不会影响二极管的开关特性或EMI；事实上，Trench整流器具有较少的存储电荷Q rr ，与平面肖特基整流二极管相比，虽然整体寄生电容较大，但它展现了出色的开关性能，正如Trench整流二极管数据手册中所示。在下一部分，我们将讨论Trench肖特基整流二极管的开关性能及其对转换器效率的影响。

我们可以通过反向恢复测量来表征器件的开关特性。进行此类96态。由于器件中存储的电荷（在等效电路中表示为寄生电容η（以%为单位）反向恢复特性和Qrr

测量的方式是正向偏置整流二极管，然后将器件切换到反向状

C Diode，图4）必须在二极管截止之前先去除，因此便发生了所
谓的整流二极管反向恢复电流。Trench肖特基整流二极管及具
有相近芯片尺寸和封装的平面肖特基整流二极管的斜坡反向恢

9594

Trench整流二极管
平面整流二极管2I [A]

10-5-6-10.00

92.3

9189.5130250频率（以kHz为单位）500

图6：Trench肖特基整流二极管带来很高的转换器效率提升，特别是高频条件下，它们的开关损耗小于平面整流二极管。

在开关过程中，Trench整流器中出现的任何振铃都不会影响电磁辐射等级，图7中显示的传导和发射辐射测量值证明了这一点。

Trench Qrr
Trench IRM

-3-4

92.2

90

反向恢复特性-2

93.5

93.3

92

89-194.093

复测量如图5所示。

3Trench整流二极管
平面整流二极管

平面 QrrIF = 3A
VR = 48V
dI/dt = 1A/ns
tamb =85oC

平面 IRM-5.00

Trench肖特基
整流二极管
平面肖特基
整流二极管

0.00
t [ns]

5.00

10.00

15.00

20.00

ATrench肖特基整流二极管
平面肖特基整流二极管

25.00

Qrr (T=25°C)

Qrr (T=85°C)

IRM (T=25°C)

IRM (T=25°C)

8.6 nC

8.5 nC

2.8 A

2.7 A

26.3 nC

33.5 nC

5.2 A

5.2 A

3A，1A/ns负图5：Trench和平面肖特基整流二极管的反向恢复特性。

在该测量中，电流以1 A/µs的di/dit变化率下降。零线下方的区

频率(MHz)B

域代表整流二极管的Qrr。蓝线显示Trench整流二极管的较低的

Trench肖特基整流二极管
平面肖特基整流二极管Qrr。图表还显示，与平面整流二极管相比，虽然寄生电容更高（正如上文讨论的那样），但Trench整流二极管的反向恢复电
流更低，反向恢复时间更短。Trench整流二极管的Q rr的温度
稳定性非常突出，因为应用很少在25°C温度下运行。如图5所示，Trench整流二极管的Q rr在85°C的更高环境温度下很少变化，而平面肖特基整流二极管的Qrr大幅增加。

图6显示了Trench肖特基整流二极管对48 V/12 V开关模式转换器效率的影响。由于Trench肖特基整流二极管的Qrr较低，因而带来很高的转换器效率提升，特别是在开关损耗较大的高频条件下。

3白皮书，Trench肖特基整流二极管

3A，1A/ns，双锥天线负频率(MHz)图7：对电磁辐射的影响：发射辐射(A); 传导辐射(B)。48 V -12 V降压转换器用作测试载体；3 A CFP3整流二极管。

CFP2-HP (SOD323HP)
2.2 x 1.3 x 0.7 mm*Rth(j-sp) = 6 K/W

CFP3 (SOD123W)
2.6 x 1.7 x 1.0 mm*
Rth(j-sp) = 18 K/W

CFP5 (SOD128)
3.8 x 2.5 x 1.0 mm*
Rth(j-sp) = 12 K/W

CFP15B (SOT1289B)
5.8 x 4.3 x 0.95 mm*Rth(j-sp) = 7 K/W

图8：Nexperia的Trench肖特基整流二极管采用夹片粘合FlatPower封装*器件尺寸 (lxwxh)结论我们可以得出以下结论：如果正向压降和漏电流之间需要更好的权衡，则Trench整流二极管是正确选择。在环境温度升高的

高功率密度应用中，也应该选择Trench整流二极管，因为它们更加稳健，可避免热失控造成的影响。Trench整流二极管可以减少开关损耗，对于开关速度高于100 kHz的应用，这一点具有
特别重要的意义。

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关于Nexperia

Nexperia是大批量生产基础半导体器件的专家，其产品广泛应用于全球各类电子设计。该公司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(GaNFET)以及模拟IC和逻辑IC。Nexperia的总部位于荷兰奈梅亨，每年交付1000多亿件产品，产品符合汽车行业标准。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。Nexperia拥有超过12,000名
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发布日期：2021年8月