PIN功率二極管的正向穩(wěn)態(tài)特性

  當(dāng)pn結(jié)處于正向偏置時(shí),空穴注入p型區(qū),電子注入n型區(qū)。注入的過(guò)剩載流子濃度可以超過(guò)本征區(qū)中平衡態(tài)時(shí)的載流子濃度,即大注入情況。注入的過(guò)剩載流子在本征區(qū)中形成電導(dǎo)調(diào)制,使i區(qū)中的電阻大大減小,使二極管即使在很低的通態(tài)壓降下也具有很高的電流處理能力。而正是由于這種電導(dǎo)調(diào)制的存在,使得器件即使為了得到很高阻斷電壓而有很寬的低摻雜層,仍會(huì)有很低的通態(tài)壓降。注入的過(guò)剩載流子會(huì)對(duì)n型區(qū)和p型區(qū)的電導(dǎo)進(jìn)行調(diào)制，從而導(dǎo)致p⁺n^-n⁺結(jié)構(gòu)的功率二極管只有在低電流密度下才表現(xiàn)出簡(jiǎn)單p-n結(jié)的特性。正向偏置時(shí)功率二極管的載流子濃度分布如圖1所示。

 
  對(duì)P-i-N二極管來(lái)說(shuō),注入的少數(shù)載流子對(duì)其正向特性具有決定性的作用。在小電流條件下,電流密度式(1)主要由p-n結(jié)空間電荷區(qū)的復(fù)合中心(主要是一些深能級(jí))的濃度決定。  
  公式中:
  q為基本電荷
  w為p-n耗盡區(qū)的寬度
  τ_SC為空間產(chǎn)生收壽命
  V_A為二極管兩端的應(yīng)用電壓
  K為玻耳茲曼常數(shù)
  T為絕對(duì)溫度
 
  當(dāng)流過(guò)二極管的電流增大到載流子的注入水平超過(guò)i區(qū)本底摻雜濃度的時(shí)候,即大注入狀態(tài)條件下,電流密度J_F,見(jiàn)式2,主要由基區(qū)電子以及空穴的復(fù)合決定。  
  式中:
  d為i區(qū)寬度
  R復(fù)合率
  τ_HL為大注入壽命
  n(x)為器件軸向上的電子濃度
  積分之后得到正向電流密度見(jiàn)式4  
  式中:
  n_i為本征載流子濃度
  D_a為雙極擴(kuò)散系數(shù)
  L_a為雙極擴(kuò)散長(zhǎng)度
 
  由式4可以看出L_a減小會(huì)降低正向電流J_F,所以以減小少子壽命的方式來(lái)提高器件開(kāi)關(guān)速度的技術(shù)必然會(huì)損壞器件的正向特性。
 



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