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快恢復二極管的不同陽極剖面結構解析

返回列表來源:壹芯微 發布日期 2019-03-02 瀏覽:-

壹芯微作為國內專業生產快恢復二極管的生產廠家,生產技術已經是非常的成熟,進口的測試儀器,可以很好的幫組到客戶朋友穩定好品質,也有專業的工程師在把控穩定質量,協助客戶朋友解決一直客戶自身解決不了的問題,每天會分析一些知識或者客戶的一些問題,來出來分享,今天我們分享的是,快恢復二極管的不同陽極剖面結構解析,請看下方

傳統的快恢復二極管(FRD)與普通二極管主要區別在于反向恢復時間trr的長短,這主要與非平衡載流子壽命有關。常用摻金或電子輻照的方法使少子壽命降低,以獲得較短的反向恢復時間。隨著電力電子技術的發展,傳統的快恢復二極管遠不能滿足新器件應用的要求,不是簡單地縮短trr,還要求有較軟的恢復特性。特別是在大功率開關電路中,由于負載往往是感性的,在開關過程中會產生較大的感應電壓。為了保護主開關器件不被損壞,需要并聯一只續流二極管,使其產生的高電壓在回路以電流方式消耗,因此要求續流二極管有快而軟的反向恢復特性。本文介紹的快恢復二極管(FRD)就是為了滿足開關電源或逆變電路要求而開發的。

  為了實現二極管的快速軟恢復特性,需要控制陽極的注入效率。對于低壓二極管,常采用淺結、肖特基結或pn結與肖特基相結合等方法。對于高壓二極管,由于其中有深結、歐姆接觸以及漏電流等要求,需采用一些特殊的陽極或陰極結構來調節其注入效率。
  1. 快恢復二極管結構

一分赛车  為了獲得較快的反向恢復特性,通過改進陽極結構來控制其注入效率,以降低導通期間的少子注入。圖1所示的快恢復二極管采用了不同陽極剖面結構。

快恢復二極管

圖1 具有不同陽極注入效率的功率二極管結構  (1)弱陽極二極管結構如圖1a所示,它是通過降低普通pin二極管的陽極摻雜濃度形成的。其n+襯底與n外延層與普通pin二極管相同,只是p陽極區的摻雜濃度比普通pin二極管的p+陽極區摻雜濃度更低。采用此結構可降低陽極注入效率,提高反向恢復速度,并降低開關損耗。故這種結構也稱為低損耗二極管(Low Loss Diode, LLD)。
  (2)發射極注入效率自調整二極管(SPEED)結構如圖1b所示,它是在低摻雜的p陽極區中嵌入了高摻雜濃度的p+區。低電流密度下,pn結的注入效率較低,所以二極管的壓降由正向壓降較低的pnn+部分決定;高電流密度下,p+pn結的注入效率較高,所以二極管的壓降由正向壓降較低的p+pnn+部分決定。與普通pin二極管相比,SPEED結構在高電流密度下正向壓降增加更少,有助于提高器件抗浪涌電流的能力,并提高反向恢復速度。
  (3)靜電屏蔽二極管(Static Shielding Diode,SSD)結構如圖1c所示,它的陽極是由一個高摻雜的p+區環繞淺輕摻雜p區構成。由于輕摻雜p區有較低的注入效率,導致存儲電荷減小。該結構可以改善反向恢復特性,但擊穿電壓較低。
  (4)發射極短路型二極管(Emiller Short Type Diode,ESD)結構如圖1d所示,它是在陽極區增加了部分n+控制區,以降低陽極的注入效率。同時在陽極側也產生了一個寄生的n+pn-n晶體管。通過適當降低p陽極區的摻雜劑量,并控制n+區的尺寸,可以減小n+區下方p陽極區的橫向電阻,從而避免寄生晶體管在反向恢復期間導通,并獲得高擊穿電壓和低陽極注入效率。通常將p+與n+區做成精細的接觸結構(如寬度Ln+=1µm,Lp=3µm,結深均為1µm,摻雜濃度為1x1019cm-3),可以保證反向恢復期間n+p結的正偏壓低于0.5V而不發生注入。東芝(Toshiba)公司采用該ESD結構巳研制出4kV耐壓的二極管,在20℃下漏電流低于10µA,在125℃下漏電流在1mA左右,在100A/cm2的正向電流密度下正向壓降為1.24V,且反向恢復峰值電流、恢復時間及反向恢復電荷明顯減小。
  (5)注入效率逆增長(IDEE)二極管結構如圖1e所示,它是通過離子注入和高溫推進將陽極區做成了分離的高摻雜深p+區,且深p+區之間的n-區形成溝道,使陽極注入效率與常規的pn結的注入效率變化趨勢相反,即隨陽極電流的上升而逐漸增大,有利于降低大電流下的通態功耗,提高二極管抗浪涌電流的能力。同時由于陽極p+區間距很小,截止狀態下溝道區會被p+n結的電場屏蔽,所以對擊穿電壓幾乎沒有影響。

  除了采用上述的陽極技術外,可以通過質子輻照在p+陽極區引入局部的復合中心來控制載流子壽命,以達到提高反向恢復速度的目的。但是復合中心的位置對反向漏電流的影響較大。在截止期間,如果pn結形成的空間電荷區與局部壽命控制產生的輻射缺陷區重疊(見圖2a),會導致高溫漏電流增大。為了改善高溫擊穿特性,可采用電場屏蔽陽極(Field Shielded Anode,FSA)二極管結構,如圖2b所示。其陽極區是由高摻雜濃度的淺p+區和低摻雜濃度的深p區組成,輻照產生復合中心的缺陷區位于p+陽極區內,并遠離pn結空間電荷區(間距為d),這樣不僅降低了陽極注入效率,獲得較快的反向恢復特性,而且可以降低高溫漏電流,從而提高二極管的高溫反向擊穿能力。ABB公司采用FSA結構研制出了4.0kV二極管,正向壓降為2.1V,在125℃下的漏電流僅為0.6mA,而常規二極管的高溫漏電流高達2mA。

快恢復二極管

一分赛车圖2  FSA與普通陽極二極管的摻雜剖面、電場強度分布及缺陷分布比較

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