快恢复二极管的基本性能参数及要求

  一般快恢复二极管主要指在工作中与快速晶闸管、高频晶闸管及GT0、IGCT、lEGT等晶闸管派生器件相匹配的FWD器件。这种快恢复二极管通常电流很大，电压高，反向恢复时间一般在1微秒以上，大都采用扩散型穿通结构和电子辐照工艺，电流从几十安培到几千安培，电压几百伏到3000伏。反向恢复特性通常比较硬。大多数为晶圆片(wafer)结构。我国一般FRD的水平与国外先进水平相差不多，国产器件在国内市场占有80%以上的份额，而且还有很多出口。
  然而，还有一种类型的快恢复二极管，工作时与IGBT、功率MOSFET匹配使用，这种与高频功率器件配合使用的FRD在性能上，不仅要快，而且要求“软”特性，以避免产生高的电压尖峰及射频干扰和电磁干扰。通常国外制造IGBT、功率M0SFET的公司也同时生产与之相匹配的快恢复二极管。国内到目前尚无商业化的IGBT及快恢复二极管的量产。由于快恢复二极管相对IGBT来，较为低端，随着国家对核心功率电子器件的重视和投入加强，快恢复二极管已被正式立项，具有极好的发展形势。
 
  一、快恢复二极管的少子寿命控制技术
  对于数日一定的载流子，其寿命越低，消失越快，在FRD中表现为反向恢复时间越短。因此，提高恢复速度最直接有效的方法便是尽量设法减小基区内的少子寿命。方法便是引入深能级复合中心，例如金属、杂质或缺陷都可以产生深能级复合中心，扩金、扩铂、射线辐照、急冷急热都可以使步子寿命下降。世寿命控制时，同样会带束正向电阻变大及漏电流变大等负面影响。不同的寿命控制方法引起的通态电阻、漏电流的变化差异很大。因此，并不是随便地引入缺陷或杂质就可以用来作寿命控制，而是需要很多研究和实践总结、日前通用的寿命控制技术有扩金、扩铂、电子或氯离子辆照等。
 
  二、快恢复二极管的基本性能参数及要求
  图1是快恢复二极管的反向恢复波形示意图，其中标示了快恢复二极管的基本性能参数。

  IFM为二极管正向峰值电流，-diF/dt为正向通志电流下降率，IRM反向峰值电流，VFM为二极管正向通态压降，VR为反向电压，VRM为反向峰值电压，tm为存储时间，tb为复合时间，反向恢复软度因子S=tb/tm，trr为反向恢复时间且trr=tm+tb，Qrr为反向恢复电荷，dir(REC/dt)为反向恢复电流下降率。
  FRD的基本性能要求是：
  (1)恢复速度快，即反向恢复时间trr要小。
  (2)正向压降小，即要求VF小，以减小导通状态下的功耗。
  (3)反向漏电流Ir小，以减小关断状态下功耗。
  (4)反向峰值电流小，以减小二极管反向电流对控制功率电路中其他开关器件的影响；
  (5)反向恢复的软度S大，减小瞬时感生的电压过冲，避免震荡。
  (6)快恢复二极管还必须具有良好的温度稳定性，减小或避免当器件温度升高时产生的性能的劣化现象。正向压降具有正温度系数的功率二极管就具有很好的温度稳定性。



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