【经验】快恢复二极管的反向恢复特性如何优化？

时间： 2023-10-08 来源：龙夏电子

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一、快恢复二极管 FRD（Fast Recovery Diode）
快速恢复二极管(FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、逆变器等电子电路，包括高频整流二极管、续流二极管快速恢复二极管的内部结构与通常的PN结二极管不同，是构成在p型硅材料和n型硅材料之间追加了基区I的PIN硅芯片的PIN结型二极管。

区别于肖特基二极管，FRD二极管一般指的是双极型的PiN二极管，以及SSD、SPEED、MPS二极管。PiN二极管是由P+、N-、N+组合，处于正向导通时P+可以向N-区补充大量非平衡载流子，使N-基区在导通时有电荷存储，电荷存储作用就是电导调制调制效应，在大电流通过时，通态压降小，适用于大功率器件。

二、PiN二极管的反向恢复特性
PiN二极管在反向恢复时则要将在通态时储存的电荷给释放掉，PiN二极管的反向恢复时间一般在35ns~250ns，PiN二极管的反向恢复过程的原因就在于，通态储存电荷的存在。

要改善反向恢复特性一般希望反向恢复时间减短，反向恢复峰值电流小、软度因子大。

1、反向恢复时间：

即释放掉通态时储存电荷，建立起空间电荷区所需要时间。（1）加负电压时，空穴由阳极流出，二电子由阴极流出，由反向的传导电流来抽取储存电荷。（2）自身复合；可引入复合中心，降低寿命，加快自身复合：①全域型的电子辐照②扩金、铂③质子局域辐照。

2、反向恢复峰值电流：
为了展宽空间电荷区，需要先排掉通态储存电荷，通态储存电荷越多，反向恢复峰值电流就会越大。

3、软度因子大：
因为二极管过快的的反向恢复会使电路中电感激发出较高的感应电动势，反馈出比电路中更高的电压作用于二极管上，容易引起二极管损坏。一般用软度因子S描述二极管的反向恢复速度：反向恢复过程（t3~t6）中的di/dt与换向过程（t0~t3）的di/dt的比值。

开始建立空间电荷区的过程，需要靠自身复合，N-区所储存的电荷越少，电流下降的速度就越快；可以通过增加远离N-区的储存电荷量来保证恢复过程电流下降减缓。

三、质子局域辐照控制
可采用局域质子辐照，降低N-区上部分寿命，可实现较大的软度因子，降低总储存电荷，降低反向恢复峰值电流，降低反向恢复时间。

参考文献
[1] 张立，赵永健.现代电力电子技术[M].科学出版社，1992.
[2] J.Vobecky.Lifetime Engineering in HighPower Devices.The Third International Euro-Conference on Advanced Semiconductor Devices,Slavakia [C].2000:21-28.
[3] Hazdra P.Vobecky J.Calster N,etal.A new degree of freedom in diode optimization :arbitrary axial lifetime profiles by means of ion irradiation.Proceedings ISPSD’2000,2000:123.
[4] Silber D,Nowak W k,Wondrak S,Improved dynamic properties of GTO-thyristors and diodes by proton implantation.IEDM 85,1985:162.
[5] 殷万军，刘玉奎.1200V 高压功率快恢复二极管器件设计和工艺研究[D].重庆邮电大学，2013.
[6] Stefan Linder.Power Semiconductors[M]. Engineering Sciences,2006,78-98.
[7] 王彩琳.电力半导体新器件及其制造技术

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