PiN二極管的結(jié)構(gòu)

  功率二極管是功率器件中最為簡(jiǎn)單的器件,也是最早應(yīng)用在電力電子電路中的器件之一,但它的應(yīng)用卻極為廣泛。功率二極管的性能通常需會(huì)成為決定電路能否成功運(yùn)行的關(guān)鍵。其它有源器件對(duì)速度的提高對(duì)功率二極管的性能提出了越來(lái)高的要求。功率二極管的應(yīng)用領(lǐng)域大體可以分為兩大部分,一是強(qiáng)調(diào)在導(dǎo)通態(tài)和關(guān)斷態(tài)間快速轉(zhuǎn)換的高頻應(yīng)用場(chǎng)合,再就是低瀕(通常是50或60Hz)電路的應(yīng)用場(chǎng)合。功率P-i-N二極管是以p-n結(jié)的整流原理為基礎(chǔ)的,不僅要求其關(guān)斷時(shí)能夠承受所需要的阻斷電壓,而且在通態(tài)時(shí)要有很小的通態(tài)壓降。在很多場(chǎng)合,還要求P-i-N二極管能夠很快地在正向?qū)ê头聪蚪刂怪g轉(zhuǎn)換。
 
  PiN二極管的結(jié)構(gòu)
  功率P-i-N二極管是由三層半導(dǎo)體組成的,兩端高濃度的p+區(qū)和n+區(qū),和夾于二者之間的n-區(qū),通常n-區(qū)是濃度非常低的輕摻雜區(qū),可以近似認(rèn)為是本征區(qū),即高阻本征i區(qū)。圖1為其結(jié)構(gòu)示意圖。

 
  i區(qū)可以是輕摻雜的p型區(qū)(稱之為P⁺-π-N),也可以是輕摻雜的n型區(qū)(稱之為P⁺-v-N)。由于前者能以更快的速度清除正向注入時(shí)存儲(chǔ)的電荷,所以比后者具有更快的反向恢復(fù)速度。但是P⁺-π-N結(jié)構(gòu)的功率二極管恢復(fù)特性太硬,限制了其應(yīng)用,而P⁺-v-N結(jié)構(gòu)的功率二極管雖然恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)但特性偏軟,有利于減少反向恢復(fù)過(guò)程中在電路中引起的感應(yīng)電壓;再就是n^-型基區(qū)相對(duì)p^-型更不容易引起表面反型,且易于鈍化,有利于制造擊穿電壓較高而且穩(wěn)定的半導(dǎo)體功率器件.
 
  摻雜濃度的分布對(duì)器件的性能也有著巨大的影響,摻雜濃度突變分布的P⁺區(qū)及N^-區(qū)更有利于器件的快恢復(fù)特性,硅外延生長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展使這種分布有助于減少存儲(chǔ)電荷及反向恢復(fù)時(shí)間,使器件有較快的反向恢復(fù)速度。為了同時(shí)改善器件的軟度特性,可以把i區(qū)分布分成兩部分,如圖2所示。其中n₁^-區(qū)要足夠承受所需的反向擊穿電壓,n₂^-區(qū)的摻雜濃度一方面要限制耗盡區(qū)的擴(kuò)展,另一方面又要滿足電導(dǎo)調(diào)制的需求。在反向恢復(fù)過(guò)程中由于n₂^-區(qū)的存儲(chǔ)電荷不會(huì)被迅速地掃出,使器件具有軟恢復(fù)特性。


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