PIN功率二极管的正向稳态特性

  当pn结处于正向偏置时,空穴注入p型区,电子注入n型区。注入的过剩载流子浓度可以超过本征区中平衡态时的载流子浓度,即大注入情况。注入的过剩载流子在本征区中形成电导调制,使i区中的电阻大大减小,使二极管即使在很低的通态压降下也具有很高的电流处理能力。而正是由于这种电导调制的存在,使得器件即使为了得到很高阻断电压而有很宽的低掺杂层,仍会有很低的通态压降。注入的过剩载流子会对n型区和p型区的电导进行调制，从而导致p⁺n^-n⁺结构的功率二极管只有在低电流密度下才表现出简单p-n结的特性。正向偏置时功率二极管的载流子浓度分布如图1所示。

 
  对P-i-N二极管来说,注入的少数载流子对其正向特性具有决定性的作用。在小电流条件下,电流密度式(1)主要由p-n结空间电荷区的复合中心(主要是一些深能级)的浓度决定。  
  公式中:
  q为基本电荷
  w为p-n耗尽区的宽度
  τ_SC为空间产生收寿命
  V_A为二极管两端的应用电压
  K为玻耳兹曼常数
  T为绝对温度
 
  当流过二极管的电流增大到载流子的注入水平超过i区本底掺杂浓度的时候,即大注入状态条件下,电流密度J_F,见式2,主要由基区电子以及空穴的复合决定。  
  式中:
  d为i区宽度
  R复合率
  τ_HL为大注入寿命
  n(x)为器件轴向上的电子浓度
  积分之后得到正向电流密度见式4  
  式中:
  n_i为本征載流子浓度
  D_a为双极扩散系数
  L_a为双极扩散长度
 
  由式4可以看出L_a减小会降低正向电流J_F,所以以减小少子寿命的方式来提高器件开关速度的技术必然会损坏器件的正向特性。
 



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