快恢复二极管减少载流子寿命的方法
(完整)半导体器件中的载流子寿命及其控制原理
半导体器件中的载流子寿命及其控制原理2011—01—21 17：42：18| 分类：微电子器件 | 标签：｜字号大中小订阅（为什么少子寿命对器件的开关特性、导通特性和阻断特性有很大的影响?器件的开关特性、导通特性和阻断特性对于少子寿命长短的要求分别怎样？）Xie Meng-xian。
（电子科大,成都市）半导体中的非平衡载流子寿命是半导体的一个基本特性参数，它的长短将直接影响到依靠少数载流子来工作的半导体器件的性能，这种器件有双极型器件和p-n结光电子器件等.但是，对于在结构上包含有p—n 结的单极型器件(例如MOSFET)也会受到载流子寿命的影响。
非平衡载流子寿命主要是指非平衡少数载流子的寿命。
影响少子寿命的主要因素是半导体能带结构和非平衡载流子的复合机理；对于Si 、Ge、GaP等间接禁带半导体,一般决定寿命的主要因素是半导体中的杂质和缺陷。
对于少子寿命有明显依赖关系的电子器件特性,主要有双极型器件的开关特性、导通特性和阻断特性；对于光电池、光电探测器等之类光电子器件，与少子寿命直接有关的特性主要有光生电流、光生电动势等.(1）少子寿命对半导体器件性能的影响：① 双极型器件的开关特性与少子寿命的关系：双极型器件的开关特性在本质上可归结为p—n结的开关性能.p-n结的开关时间主要是关断时间，而关断时间基本上就是导通时注入到扩散区中的少子电荷消失的过程时间（包括有存储时间和下降时间两个过程）。
少子寿命越短，开关速度就越快。
因此，为了提高器件的开关速度，就应该减短少子寿命.② 器件的阻断特性与少子寿命的关系:半导体器件在截止状态时的特性——阻断特性，实际上也就是p—n结在反向电压下反向漏电流大小的一种反映.因此，这里器件的阻断特性不单指双极型器件，而且也包括场效应器件在内。
p—n结的反向漏电流含有两个分量：一是两边扩散区的少子扩散电流，二是势垒区中复合中心的产生电流；这些电流都与少子寿命有关，载流子寿命越长，反向漏电流就越小，则器件的阻断特性也就越好。
快速恢复二极管及其模块
快速软恢复二极管及其模块王培清 张斌清华大学电力电子厂 北京 102201摘 要 在高频应用中为了减少电路损耗和防止过电压尖峰对器件的损坏，需要快速软恢复二极管。
硬开关过程中存在二极管反向恢复电流（Irm ）增加了开关器件开通损耗率和过电压尖峰，并且在快速di/dt 开关时能够产生电磁干扰。
本文介绍了采用特殊工艺设计的快速软恢复二极管。
该二极管是为高频应用而设计的，在高频应用方面具有稳定的开关特性。
本文还介绍了用该二极管制造的200A 绝缘型和非绝缘型快速软恢复二极管模块及其应用。
关键词 快速 软恢复二极管 模块1．快速软恢复二极管介绍大功率快速软恢复二极管主要应用在高频电力电子电路中，它与主回路中的晶闸管或IGBT 等新型电力半导体开关器件相并联，开关器件反向时，流过负载中的无功电流，减小电容的充电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向而感应的过电压尖峰。
为了提高开关器件及电力电子线路的可靠性和稳定性，必须使用快速软恢复二极管。
快速软恢复二极管可以减少高频电路的损耗。
在硬开关过程中存在的主要问题是：二极管反向恢复电流（Irm ）增加了开关器件开通损耗率，并且在快速di/dt 开关时能够产生电磁干扰。
如果反向恢复电流很快回到零点，就会产生尖峰电压和电磁干扰。
降低开关速度或使用缓冲电路可以降低尖峰电压。
增加缓冲电路会增加电路成本并且使电路设计变复杂。
这都是我们所不希望的。
本文介绍了快速软恢复二极管及其模块。
该模块电压范围从400V 到1200V ，额定电流从60A ～400A 不等。
设计上该模块采用外延二极管芯片，该芯片采用平面结终止结构，玻璃钝化(图1[1])并有硅橡胶保护。
恢复特性如图2[2]所示。
快速软恢复二极管的基区和阳极之间采用缓冲层结构，使得在空间电荷区扩展后的剩余基区内驻留更多的残存电荷，并且驻留时间更长，提高了二极管的软度。
快恢复二极管的软度由图2定义，软度因子 ab t tS =图1图2反向峰值电压由下式确定：⎟⎠⎞⎜⎝⎛+×=S V V R RM 11V R 为加在二极管上的反向电压。
二极管反向恢复损耗计算
二极管反向恢复损耗计算
二极管反向恢复损耗是指在二极管开路状态下，当二极管从正向电压状态切换到反向电压状态时，由于少数载流子的非平衡分布而产生的瞬间反向电流。
这种瞬间反向电流会导致二极管反向电压上升，从而导致反向恢复时间延长，二极管损耗增加。
计算二极管反向恢复损耗的方法是先计算二极管的反向恢复电流，然后根据反向恢复电流和反向电压计算二极管的反向恢复功率。
反向恢复电流的计算可以通过测量二极管的反向恢复时间和反向电
压得到。
反向恢复功率可以通过反向恢复电流和反向电压乘积得到。
为了降低二极管反向恢复损耗，可以采用以下措施：
1. 使用快速恢复二极管或超快速恢复二极管来替代常规二极管。
2. 增加二极管的反向电容，可以降低反向恢复电流。
3. 通过选择合适的二极管反向电压和反向恢复时间，也可以有
效降低二极管反向恢复损耗。
总之，二极管反向恢复损耗是电路设计中需要考虑的一个重要问题，需要根据具体情况选择合适的二极管和采取相应的措施来降低损耗。
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高压铂扩散快恢复二极管的研究(1)
高压铂扩散快恢复二极管的研究孙树梅1曾祥斌1袁德成2 梁湛深2 肖敏11)华中科技大学电子科学与技术系，武汉 4300742)上海美高森美半导体有限公司，上海 2100181)Email：smsun@摘要本文对高压快恢复二极管的结构设计和制造工艺进行了深入分析，确定了合理的结构参数和先进的工艺流程。
选用合适的电阻率和厚度的N型直拉硅单晶片，采用磷硼纸源扩散，精确控制基区宽度形成P+NN+结构；采用铂液态源扩散降低少数载流子寿命τ从而缩短反向恢复时间t rr；化学腐蚀形成台面提高反向击穿电压；玻璃钝化保护PN结减小表面污染从而降低表面漏电流提高耐压；双面镀镍金进行金属化等技术。
得到较为理想的反向击穿电压V BR，正向压降V F，反向恢复时间t rr三参数之间的折衷。
器件性能优良，可靠性高，样品通过150°C/ 168小时的高温反偏实验。
关键词铂扩散， P+NN+结构， 反向恢复时间TrrStudy of High V oltage Pt Diffused DiodeSUN Shu-mei1, ZENG Xiang-bin1, YUAN De-cheng2, XIAO min11) Department of Electronic science and technology, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074,China; 2)Microsemi Semiconductor Shanghai, Shanghai, 210018, China)1) Email：smsun@Abstract: This article analyzed the device structure and manufacture process of high voltage fast recovery diode. Reasonable structure and advanced process were settled by a series of experiments. The N type CZ wafers were chosen as the main material. Boron and phosphor paper dopant were used for PN junction diffusion in order to form P+NN+ structure. Spin-on platinum diffusion was used to control lifetime of minority carrier to reduce the reverse recovery time t rr. Using chemical mesa etching to increase the breakdown voltage. Glass passvation was used to protect PN junction in order to reduce the surface contamination and surface leakage. Nickel and aurum were plated in double side for metalization. The excellent selections of breakdown voltage, forward voltage and reverse recovery time were obtained and the reliability of the device was pretty good.Keywords: Pt diffusion, P+NN+ structure, reverse recovery time t rr1．引言快恢复二极管具有反向恢复时间短、开关特性好、正向电流大等优点。
快恢复整流二极管安全操作及保养规程
快恢复整流二极管安全操作及保养规程快恢复整流二极管是现代工业中广泛使用的一种电子元器件。
在使用期间，需要注意其安全操作，正确进行保养和维护。
本文将详细介绍快恢复整流二极管的安全操作及保养规程。
1. 快恢复整流二极管的基本知识快恢复整流二极管是一种半导体器件，它可以将交流电转为直流电。
快恢复整流二极管的主要特点是具有较快的恢复时间、低反向电流和高工作温度等性能。
快恢复整流二极管广泛应用于工业自动化、电子设备、电力电子与光电器件等领域。
快恢复整流二极管的结构基本上由P型半导体和N型半导体组成，两种半导体之间有一个PN结。
PN结处的电子和空穴在外界的电场作用下向反方向运动，这样就产生了电流的导通和截止。
2. 快恢复整流二极管的安全操作在工作中，如果不注意快恢复整流二极管的安全操作，可能会造成严重的损害。
以下是快恢复整流二极管的安全操作规程。
2.1 使用范围快恢复整流二极管适用于直流或低频交流的整流电路。
不能用于高频电路或高压直流电路中。
2.2 过电压保护必须在相应的电路中增加保护电阻和过压保护管等电路保护元件，以防止电压超过额定值，损坏快恢复整流二极管。
2.3 储存与运输快恢复整流二极管储存和运输时，应注意防水、防潮、防震和防爆。
不要强行打开包装袋或破坏密封密封胶封条。
2.4 安装在安装快恢复整流二极管时，应仔细检查管芯、管引线、管壳是否有损坏，并注意正负极的接线。
同时要使用适当的散热器对快恢复整流二极管进行散热。
2.5 运行在运行快恢复整流二极管时，应注意防潮、防尘、防振动和防触电保护措施。
在使用过程中，要防止快恢复整流二极管长时间超负荷工作。
2.6 更换当快恢复整流二极管损坏需要更换时，必须使用相应的工具进行拆卸和安装，并清除拆卸时可能引入的污垢和异物。
更换后必须进行全面检测，以确保正常工作。
3. 快恢复整流二极管的保养规程快恢复整流二极管的保养工作是保证它正常工作的前提。
以下是快恢复整流二极管的保养规程。
快恢复二极管的工作原理
快恢复二极管的工作原理快恢复二极管是一种具有快速恢复特性的二极管，其主要特点是在正向导通状态下，具有较快的恢复速度。
在正向偏置下，当二极管导通时，载流子会在P-N结区域内运动，形成正向电流。
而在反向截止状态下，当二极管停止导通时，载流子会被迅速清除，使得二极管能够迅速恢复到截止状态。
这种快速恢复的特性，使得快恢复二极管在高频开关电路中具有较好的性能。
快恢复二极管的工作原理主要与其结构有关。
快恢复二极管通常采用多层金属-氧化物-半导体（MOS）结构，通过优化P-N结区域的电场分布，减小载流子的扩散长度，从而实现快速恢复的特性。
此外，快恢复二极管还采用了特殊的材料和工艺，如硅碳化（SiC）材料和金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）工艺，以提高其性能和可靠性。
快恢复二极管具有较低的反向恢复电流和较短的恢复时间，这使得它在高频开关电路中能够有效降低开关损耗和提高电路效率。
此外，快恢复二极管还具有较好的温度稳定性和反向漏电流特性，能够适应各种恶劣工作环境和要求。
总的来说，快恢复二极管的工作原理是基于其特殊的结构和材料工艺，通过优化电场分布和减小载流子扩散长度，实现了快速恢复的特性。
其具有较低的反向恢复电流和较短的恢复时间，能够在高频开关电路中发挥重要作用。
同时，快恢复二极管还具有较好的温度稳定性和反向漏电流特性，适应各种恶劣工作环境和要求。
在实际应用中，选择合适的快恢复二极管对电路性能和稳定性至关重要。
因此，工程师需要充分了解快恢复二极管的工作原理和特性，结合具体的电路需求和环境条件，进行合理的选择和设计，以确保电路性能和可靠性的提高。
综上所述，快恢复二极管具有快速恢复特性，其工作原理基于特殊的结构和材料工艺。
在高频开关电路中具有重要应用，能够有效降低开关损耗和提高电路效率。
工程师应充分了解快恢复二极管的特性，合理选择和设计，以确保电路性能和稳定性的提高。
功率快恢复二极管要点
（2）铂等重金属热扩散（从略）
• 高温漏电流小；电性能长期稳定高可靠 • 有技术诀窍可得到优异二极管性能
2，轴向局域载流子寿命控制技术
（1）优越性：
低载流子寿命区
PP+ N DD N N- N+NN+N++
n N
E
浪涌电压峰值
电流
常规
W0
MBBL
W0
常规
1.2W0
时间 常规
MBBL 电源电压
电压
结构特点 ● 中部重掺杂 反向恢复末期耗 尽层扩展慢 ● MPS阳极
性能特点
◆ 反向恢复 软
◆ 反向恢复电流 峰值低，浪涌电 压小
五. 过剩载流子寿命控制技术发展
1. 均匀与半均匀分布载流子寿命控制技术
（1）电子等高能粒子辐照（从略）
反向恢复特软fzdiodefslld成本低用fz硅材料反向恢复浪涌电压小载流子寿命控制替代缓冲层sjdiode阳极沟槽回填区阴极横向净掺杂浓度等于零正向压降反向耐压与开关速度三者折衷比pin更好性能特点肖特基pin结合二极管mps1993sfd1991usfd2000中部宽缓冲层二极管mbbl2004沟槽氧化物pin肖特基二极管topstsoxmps2001sbd金属肖特基接触金属nsi正向反向几乎没有恢复时间正向压降小反向漏电055v肖特基度低于pn少子存储效应pnsbdsbdpn大电流正向压降大于pinpin阴极外延层mps金属sfd外延层alsi电极mbbltopstsoxmps金属肖特基多晶硅氧化阴极阴极阴极pin肖特基结合二极管mpsmpspinpinmpssbdpinmpspin正向压降v正向压降v正向压降v阴极金属肖特基结阳极pintopstopsmps离阳极距离主要优点
功率快恢复二极管要点
功率快恢复二极管要点功率快恢复二极管（FAST Recovery Diode，简称FRD）是一种具有快速恢复特性的二极管。
在高频电路、开关电源、电子变换器等领域广泛应用。
其主要特点是具有较快的恢复时间和较低的反向漏电流。
本文将从功率快恢复二极管的工作原理、结构设计、特性及应用等方面进行详细介绍。
一、功率快恢复二极管的工作原理1.导通阶段：当正向电压施加在二极管端口时，由于P型半导体中富足的空穴和N型半导体中富足的电子的扩散，形成一条导通通道，使电流通过。
2.关断阶段：当电压由正向变为反向时，由于导通通道扩散效应的消失，电流截止，形成一个封闭区域。
3.恢复阶段：当电流截止后，二极管内部的电荷存储需要被释放才能进行下一次导通。
功率快恢复二极管能够快速恢复主要得益于芯片的结构设计和材料选择，如降低电流密度、增加芯片表面积以加快散热等。
二、功率快恢复二极管的结构设计功率快恢复二极管的结构设计包括芯片结构和封装结构。
芯片结构主要是通过优化PN结构、电场分布和掺杂浓度等方式来实现快速恢复和降低损耗。
封装结构方面，功率快恢复二极管通常采用金属封装，如TO-247、TO-220等，以提高封装功率、散热性能和可靠性。
三、功率快恢复二极管的特性1.快速恢复特性：功率快恢复二极管的恢复时间通常在几十纳秒到微秒级别，远远快于普通二极管，能够有效减少开关电源、逆变器等电路中的开关损耗。
2.低反向漏电流：功率快恢复二极管的反向漏电流较低，可在开关状态下保持较低的功耗。
3.低导通电压降：功率快恢复二极管的导通电压降相对较低，能够减小电压损耗。
4.高反向电压：功率快恢复二极管的反向电压通常可以达到几百伏至几千伏，适用于高电压、大电流的电源、逆变器和电机驱动等应用场景。
四、功率快恢复二极管的应用1.开关电源和逆变器：功率快恢复二极管能够快速恢复，减小开关电源和逆变器中的开关损耗，提高电源效率。
2.电机驱动：功率快恢复二极管能够承受较大的反向电压，适用于高电压、大电流的电机驱动应用。
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快恢复二极管减少载流子寿命的方法
1. 降低温度：高温是导致载流子寿命缩短的主要原因之一。
通过降低二极管的工作温度，可以有效延长载流子的寿命。
可以通过增加散热器的面积、使用风扇进行散热等方法来降低二极管的工作温度。
2. 优化电流密度：在二极管的正向工作区域，电流密度越高，载流子的寿命越短。
因此，通过优化电路设计，使得二极管的工作电流密度尽可能接近额定值，可以减少载流子的损耗，延长二极管的寿命。
3. 控制反向电压：二极管在反向工作时，反向电压越高，载流子的寿命越短。
因此，在电路设计中，应该合理选择二极管的反向电压，避免超过二极管的额定值，以延长载流子的寿命。
4. 减小开关频率：对于频繁进行开关操作的二极管，其载流子的寿命会大大缩短。
因此，在设计电路时，应尽量减小二极管的开关频率，避免过于频繁的开关操作，以延长载流子的寿命。
5. 选择优质材料：二极管的材料质量对载流子寿命也有很大影响。
选择质量优良的材料制造二极管，可以减少杂质和缺陷，提高载流子的寿命。
6. 过电压保护：过电压是导致二极管损坏的常见原因之一。
通过添加过电压保护电路，可以及时检测到过电压情况，并采取相应的保
护措施，防止二极管受到损坏，延长载流子的寿命。
7. 减小压降：在二极管的正向工作区域，存在一定的压降。
过大的压降不仅会导致能量损耗，还会加速载流子的寿命。
因此，在电路设计中，应尽量减小二极管的压降，以延长载流子的寿命。
8. 优化布局：合理的电路布局可以减少二极管受到的干扰和损伤。
通过合理布局电路板，减少电路的长度，避免干扰源的附近布置二极管等方法，可以减少二极管的损坏，延长载流子的寿命。
通过降低温度、优化电流密度、控制反向电压、减小开关频率、选择优质材料、添加过电压保护、减小压降和优化布局等方法，可以快速恢复二极管并减少载流子的寿命。
这些方法不仅可以提高二极管的可靠性和稳定性，还可以延长二极管的使用寿命，减少故障率，提高电路的性能和效率。
因此，在电子设备的设计和制造过程中，应该充分考虑这些方法，以保证二极管的正常工作和可靠性。