簡單認(rèn)識快恢復(fù)二極管

整流用功率二極管必須要有較低的正向壓降以提高通態(tài)電流及降低通態(tài)功耗，同時還要具有較高的擊穿電壓，但對反向恢復(fù)時間的要求不高。開關(guān)用功率二極管則要求有較高的開關(guān)速度，必須縮短反向恢復(fù)時間及降低通態(tài)電壓。對于快恢復(fù)二極管（Fast Recovery Diode, FRD）即續(xù)流用功率二極管，要有快恢復(fù)速度及低通態(tài)電壓，同時具備較高的軟度（Softness，也稱作恢復(fù)系數(shù)，即反向偏置時電流下降時間t?與延遲時間t?的比值t?/t?），以保障電力電子系統(tǒng)的工作可靠性。

采用擴散金、擴散鉑或輻照等方法都可以提高功率二極管的恢復(fù)速度。擴散金或擴散鉑功率二極管不僅關(guān)斷截止泄漏電流較大，而且導(dǎo)通正向峰值電壓也比較高，所以開關(guān)功耗較大。電子輻照功率二極管的關(guān)斷截止泄漏電流較低，但太大的反向恢復(fù)峰值電流不易軟恢復(fù)，致使開關(guān)功耗變大。質(zhì)子輻照功率二極管的反向恢復(fù)峰值電流較低，較易軟恢復(fù)，故開關(guān)功耗較低。輻照的位置若與PiN 功率二極管的p?n 結(jié)區(qū)域重疊，會使器件的高溫泄漏電流增大，并劣化二極管的擊穿特性。采用電場屏蔽陽極 (Field Shielded Anode， FSA)二極管結(jié)構(gòu)可改善擊穿特性，即由較薄的p?區(qū)和稍厚的低摻雜 p區(qū)組成陽極區(qū)，形成p?pn?n?結(jié)構(gòu)的 PiN 功率二極管，采用適當(dāng)?shù)牡湍芰枯椪湛墒购懈呙芏葟?fù)合中心的缺陷區(qū)僅位于較薄的p 區(qū)內(nèi)，而不與pn 結(jié)的空間電荷區(qū)重疊；這樣就可降低陽極的注入效率，使器件的反向恢復(fù)速度變快，同時也降低了高溫泄漏電流，并可提高功率二極管的高溫?fù)舸╇妷骸?

改變二極管的陽極結(jié)構(gòu)或陰極結(jié)構(gòu)等方法也可提高功率二極管的恢復(fù)速度，并降低開關(guān)功耗。降低陽極的摻雜濃度和減小其厚度可降低導(dǎo)通狀態(tài)的少子注入濃度，雖然器件的通態(tài)特性會變差，但可獲得較快的反向恢復(fù)特性，在開關(guān)及續(xù)流應(yīng)用上可降低開關(guān)功耗。發(fā)射極注入效率自調(diào)整二極管 (Self-adjustablep?Emitter Efficiency Diode, SPEED）的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-61 所示，以離子注入方式在低摻雜的p陽極區(qū)內(nèi)形成高摻雜的p?區(qū)。在低電流密度時，pn 結(jié)的注入效率較低，故通態(tài)壓降由正向壓降較低的pn?n?結(jié)來決定；在高電流密度時，p?pn?結(jié)的高注入會產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，使二極管的壓降由正向壓降較低的p?pn? n?部分來決定。由于SPEED 結(jié)構(gòu)在高電流密度時的正向壓降變化較小，故可提高器件的抗浪涌電流（Surge Current） 能力，同時具有較高的反 向恢復(fù)速度，是一個典型的快恢復(fù)二極管。

此外，如圖 2-62 所示，將 PiN二極管和肖特基二極管組成復(fù)合并聯(lián)結(jié)構(gòu)(Merged PiN and Schottky， MPS) 則可提高肖特基二極管的耐壓特性，降低正向壓降。MPS 二極管是結(jié)合 PiN 功率二極管和肖特基二極管優(yōu)點的快恢復(fù)二極管。

在低電流密度下，PiN 二極管并不導(dǎo)通，但在提高電流密度時，p區(qū)會向n?漂移區(qū)注入大量的空穴而產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)，致使正向電壓下降而讓大電流能流過金屬-半導(dǎo)體接觸處。MPS 二極管的導(dǎo)通機制隨著外加正向電壓的逐漸增加，就由初始的肖特基結(jié)主導(dǎo)的單極工作狀態(tài)轉(zhuǎn)成由 pn 結(jié)主導(dǎo)的雙極工作狀態(tài)。當(dāng)MPS二極管反向偏置時，pn 結(jié)空間電荷區(qū)擴展連成一片而屏蔽了肖特基結(jié)，使得肖特基結(jié)不再承受外加的反向偏置電壓，而由反偏pn結(jié)的勢壘承受外加的反偏電壓來提高 MPS 二極管的擊穿電壓。MPS 二極管具有耐壓及快恢復(fù)的特性，也是一種標(biāo)準(zhǔn)的快恢復(fù)二極管。

FRD 的主要應(yīng)用是與開關(guān)器件（例如 GTO 晶閘管、IGCT、IGBT 等）結(jié)合，實現(xiàn)直流信號和交流信號的轉(zhuǎn)換。以IGBT 為例，IGBT 能提高電力的利用效率，而 FRD 作為 IGBT 反偏工作狀態(tài)下的輔助配合器件，可增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。

審核編輯：湯梓紅