快恢復(fù)二極管的基本性能參數(shù)及要求

  一般快恢復(fù)二極管主要指在工作中與快速晶閘管、高頻晶閘管及GT0、IGCT、lEGT等晶閘管派生器件相匹配的FWD器件。這種快恢復(fù)二極管通常電流很大，電壓高，反向恢復(fù)時(shí)間一般在1微秒以上，大都采用擴(kuò)散型穿通結(jié)構(gòu)和電子輻照工藝，電流從幾十安培到幾千安培，電壓幾百伏到3000伏。反向恢復(fù)特性通常比較硬。大多數(shù)為晶圓片(wafer)結(jié)構(gòu)。我國(guó)一般FRD的水平與國(guó)外先進(jìn)水平相差不多，國(guó)產(chǎn)器件在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有80%以上的份額，而且還有很多出口。
  然而，還有一種類(lèi)型的快恢復(fù)二極管，工作時(shí)與IGBT、功率MOSFET匹配使用，這種與高頻功率器件配合使用的FRD在性能上，不僅要快，而且要求“軟”特性，以避免產(chǎn)生高的電壓尖峰及射頻干擾和電磁干擾。通常國(guó)外制造IGBT、功率M0SFET的公司也同時(shí)生產(chǎn)與之相匹配的快恢復(fù)二極管。國(guó)內(nèi)到目前尚無(wú)商業(yè)化的IGBT及快恢復(fù)二極管的量產(chǎn)。由于快恢復(fù)二極管相對(duì)IGBT來(lái)，較為低端，隨著國(guó)家對(duì)核心功率電子器件的重視和投入加強(qiáng)，快恢復(fù)二極管已被正式立項(xiàng)，具有極好的發(fā)展形勢(shì)。
 
  一、快恢復(fù)二極管的少子壽命控制技術(shù)
  對(duì)于數(shù)日一定的載流子，其壽命越低，消失越快，在FRD中表現(xiàn)為反向恢復(fù)時(shí)間越短。因此，提高恢復(fù)速度最直接有效的方法便是盡量設(shè)法減小基區(qū)內(nèi)的少子壽命。方法便是引入深能級(jí)復(fù)合中心，例如金屬、雜質(zhì)或缺陷都可以產(chǎn)生深能級(jí)復(fù)合中心，擴(kuò)金、擴(kuò)鉑、射線輻照、急冷急熱都可以使步子壽命下降。世壽命控制時(shí)，同樣會(huì)帶束正向電阻變大及漏電流變大等負(fù)面影響。不同的壽命控制方法引起的通態(tài)電阻、漏電流的變化差異很大。因此，并不是隨便地引入缺陷或雜質(zhì)就可以用來(lái)作壽命控制，而是需要很多研究和實(shí)踐總結(jié)、日前通用的壽命控制技術(shù)有擴(kuò)金、擴(kuò)鉑、電子或氯離子輛照等。
 
  二、快恢復(fù)二極管的基本性能參數(shù)及要求
  圖1是快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)波形示意圖，其中標(biāo)示了快恢復(fù)二極管的基本性能參數(shù)。

  IFM為二極管正向峰值電流，-diF/dt為正向通志電流下降率，IRM反向峰值電流，VFM為二極管正向通態(tài)壓降，VR為反向電壓，VRM為反向峰值電壓，tm為存儲(chǔ)時(shí)間，tb為復(fù)合時(shí)間，反向恢復(fù)軟度因子S=tb/tm，trr為反向恢復(fù)時(shí)間且trr=tm+tb，Qrr為反向恢復(fù)電荷，dir(REC/dt)為反向恢復(fù)電流下降率。
  FRD的基本性能要求是：
  (1)恢復(fù)速度快，即反向恢復(fù)時(shí)間trr要小。
  (2)正向壓降小，即要求VF小，以減小導(dǎo)通狀態(tài)下的功耗。
  (3)反向漏電流Ir小，以減小關(guān)斷狀態(tài)下功耗。
  (4)反向峰值電流小，以減小二極管反向電流對(duì)控制功率電路中其他開(kāi)關(guān)器件的影響；
  (5)反向恢復(fù)的軟度S大，減小瞬時(shí)感生的電壓過(guò)沖，避免震蕩。
  (6)快恢復(fù)二極管還必須具有良好的溫度穩(wěn)定性，減小或避免當(dāng)器件溫度升高時(shí)產(chǎn)生的性能的劣化現(xiàn)象。正向壓降具有正溫度系數(shù)的功率二極管就具有很好的溫度穩(wěn)定性。



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