快恢復(fù)二極管FRD的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

通常，額定電流超過1安培的半導(dǎo)體器件稱為功率半導(dǎo)體。它們阻斷電壓范圍從幾伏一直到上萬伏。在眾多的功率半導(dǎo)體器件中，功率二極管是相對簡單的一種器件，但它同時也是在電力電于電路中應(yīng)用最為廣泛的一種常用基礎(chǔ)器件。它不僅應(yīng)用于簡單的整流電路，同時也常常用作續(xù)流二極管(簡稱FWD)，簡單的單相半橋式逆變電路中，與可控的開關(guān)器件匹配，反并聯(lián)使用，以繼續(xù)維持感性負(fù)載上的電流，防止由于電流的突然跌落產(chǎn)生的電壓尖峰。這種FWD的使用，在開關(guān)電源、變頻電源、不間斷電源、變頻電機驅(qū)動等很多應(yīng)用場合大量存在。

快恢復(fù)二極管具有反向阻斷時高耐壓低漏電流，正向低通態(tài)電阻大電流的特點。由于作為開關(guān)使用，因此一般需要其開關(guān)速度較快。另外，適當(dāng)選擇續(xù)流二極管的特性，尤其是反向恢復(fù)特性，如反向恢復(fù)時間和反向恢復(fù)軟度，能夠顯著減少開關(guān)器件、二極管和其他電路元件的功耗，并減小由續(xù)流二極管引起的電壓尖峰、電磁干擾，從而盡量減少甚至去掉吸收電路。

功率二極管與普通二極管的區(qū)別在于它具有額定工作電流大，阻斷電壓高的特點。因此，為了實現(xiàn)高耐壓，不能使用普通的PN結(jié)結(jié)構(gòu)，而是普遍采用P-i-N結(jié)構(gòu)。

P-i-N結(jié)構(gòu)的二極管，在普通的PN結(jié)之間加了一個i區(qū)，代指輕摻雜的半導(dǎo)體區(qū)。由于PN結(jié)是通過耗盡區(qū)的擴展來承受壓降的，因此，由泊松方程可知，耗盡區(qū)內(nèi)的凈電荷密度越小，電場斜率就越小，而又由于電場峰值處在PN結(jié)處，因此，輕摻雜一側(cè)的半導(dǎo)體耗盡后，場下降緩慢，電壓為電場在位置上積分，便可以承受較大的電壓。因此，最好，在PN結(jié)之間有一個本征區(qū)，這樣，電場就可以平著一段距離，以實現(xiàn)較大耐壓。i代表本征區(qū)的含義，但本征半導(dǎo)體在實際工藝中是不現(xiàn)實的，因此，i區(qū)實際上是一個輕摻雜的半導(dǎo)體區(qū)。通常，這個i區(qū)是輕摻雜的N區(qū)，原因主要有兩個：一是，通過使用中子嬗變的工藝，可制造出摻雜濃度低且非常均勻的N型摻雜；二是，對于同一給定電壓級別，P+N結(jié)制成的器件厚度比N+P結(jié)制成的器件厚度要薄，同時器件功耗是與它們的厚度平方約成正比增加的。前面已經(jīng)提到了P-i-N結(jié)構(gòu)的P+N結(jié)區(qū)了，下面介紹剩下的N區(qū)的必要性。

對于半導(dǎo)體與金屬電幾的接觸，由于N型半導(dǎo)體不像P型半導(dǎo)體可以低摻雜一樣容易與金屬形成良好的歐姆接觸，與其摻雜濃度低于1019cm-3時就會產(chǎn)生較高的接觸電阻，因此，i區(qū)不能直接與金屬電極相連，以免產(chǎn)生較大壓降及過多功耗。通過在輕摻雜的i區(qū)側(cè)添加一個重?fù)诫s的N+層，便可以解決該問題。這也就形成了功率二極管P-i-N的基本結(jié)構(gòu)。由于反偏狀態(tài)下，PN結(jié)結(jié)角處會有電力線集中，因此簡單的P-i-N二極管通常其耐壓值更遠小于相應(yīng)的理想平行平面結(jié)的耐壓。為了改善其耐壓特性，通過引入結(jié)終端技術(shù)，回采用分壓場環(huán)、保護環(huán)、場板、或使用臺面結(jié)構(gòu)、正斜角、負(fù)斜角終端來提高終端效率，實現(xiàn)最大程度的耐壓。

快恢復(fù)二極管正向的低阻，是通過PN結(jié)正偏時，向i區(qū)注入大量的等離子體，這些過剩的載流子濃度遠超過i區(qū)平衡時的載流子濃度，形成對i區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制來實現(xiàn)的。然而，這些注入的大量過剩載流子，在PN結(jié)反偏，也就是二極管關(guān)斷時，卻會大大拖慢器件的關(guān)斷時間。由于i區(qū)通常要有一定的厚度來維持耐壓，因此，器件在正偏工作時里面儲存的少數(shù)載流子需要通過漂移、復(fù)合才能消失，但這是需要一定時間的，這也就形成了功率二極管的反向恢復(fù)過程。由于快恢復(fù)二極管通常與其他開關(guān)器件反并聯(lián)使用，反向恢復(fù)過程嚴(yán)重制約了器件的高額性能，極大影響到其他器件以及整個系統(tǒng)的工作頻率及性能，因此需要極力減小、消除。 

摻雜的i區(qū)側(cè)添加一個重?fù)诫s的N+層，便可以解決該同題。這也就形成了快恢復(fù)二極管P-i-N的基本結(jié)構(gòu)。

以上就是小編今天分享的所有內(nèi)容啦，大家有任何問題可留言給我們哦~

備注：本文素材來源于網(wǎng)絡(luò)，僅作學(xué)習(xí)與交流，所有觀點屬于原作者，不代表對該觀點表示支持或贊同，如有侵犯到您的權(quán)利，請及時聯(lián)系我們刪除。