功率二极管正、反向恢复过程功率损耗

半导体技术人 2021-03-19 00:00



(1)正向恢复过程能量损耗

(2)反向恢复过程能量损耗

(反向恢复过程未结束,晶格峰值温度达到1000K)

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导通角:导通角是指在一个周期内,由电力电子器件控制其导通的角度。交流电一般为正弦波形,它的一个周期为360度,正半周占180度,负半周占180度。当交流电通过可控硅时,可以让交流电电流通过控制使其在0-180度的任一角度处开始导通,即所谓可控整流,当正半周加到可控硅的阳极,在180度的某一角度时,在可控硅的控制极加一触发脉冲,例如在30度加一脉冲,可控硅只能通过余下的150度的电流。这种使可控硅导电的起始角度例如上述的30°称为控制角,用α表示。晶闸管在一个电源周期中处于通态的电角度称为导通角,用θ表示,例如上述的150°,所以θ=π-α。

正向浪涌电流测试的基本要求和标准测试方法:

    二极管IFSM测试需要的峰值脉冲电流要求达到数十倍的额定通态电流值。标准的测试方法是采用大容量工频变压器,截取市电交流波形来产生时间常数为10ms、导通角为0°~180°的正弦半波脉冲。用这种方法产生几百上千安培的正弦脉冲电流一些国外公司的产品对浪涌冲击电流波形有特殊要求,比如要求在正向整流电流的基础上再加一个时间常数为10ms或8.3ms、导通角为0°~180°的正弦半波脉冲电流,或者要求施加连续两个时间常数为10ms或8.3ms、导通角为0°~180°的正弦半波脉冲电流等。

高压整流二极管结构参数:

     根据实际电参数指标要求,在25℃室温情况下,当测试电流IR=5μA时,器件反向重复峰值电压(VRRM)需高于1200V。为保证器件结构设计的可靠性,对击穿电压指标考虑10%的裕量,即击穿电压设计目标值为1320V。图2为仿真得到的N型单晶硅电阻率对器件击穿电压的影响,在仿真过程中,衬底少子寿命为10μs,高阻N型区厚度为180μm,P+区表面浓度为5E19cm-3,结深为10.5μm。当N型单晶硅电阻率大于45Ω.cm时,器件击穿电压约为1400V,满足设计要求。图3为仿真得到的高阻N型单晶硅厚度对器件击穿电压的影响。在仿真过程中,衬底少子寿命为10μs,原始单晶硅电阻率为45Ω.cm,P+区表面浓度为5E19cm-3,结深为10.5μm。当高阻N型单晶硅厚度≥90μm时,器件击穿电压约为1350V,满足设计要求。器件基本结构参数选择为:原始N型单晶硅片晶向为<111>,少子寿命为10μs,单晶硅电阻率为45Ω.cm。利用三重扩散工艺制备得到N+/N结构,N+衬底砷杂质扩散深度为160μm,砷表面浓度为5E19cm-3;高阻N型区厚度为100μm;阳极区硼扩散表面浓度为5E19cm-3,硼扩散结深为变量,变化范围为1.5~13.5μm。


半导体技术人 半导体器件及集成电路仿真设计、制造技术交流
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