超结功率开关二极管电学特性的研究

超结功率开关二极管电学特性的研究 超结功率开关二极管电学特性的研究 摘要：常规的硅器件结构达不到现在人们的需求，而且硅还受到自身材料的束缚“硅极限”【1】，因此人们建立了新型结构超结结构【2】。超结结构是利用互相交替的n型区和p型区替代传统单一的n漂移区。 关键词：硅 超结 半超结 1 绪论 超结结构逐渐引起人们的广泛关注。这种新结构利用相互交替的n型柱和p型柱代替传统单一的n型基区，在提高功率器件击穿电压的同时能减小导通电阻，很大程度上打破了击穿电压与导通电阻之间的“硅极限”【3】。但是应用超结结构有两个显著缺点：二极管反向恢复硬度高和制造工艺难度大。而半超结结构是在传统超结结构中的基区增加一个n型区，称之为底端辅助层。在具有相同的深宽比时，半超结可以获得比超结更低的导通电阻，同时器件制作的难度及成本显著降低。半超结结构功率开关二极管对电力电子技术有重要影响，对其结构参数进行优化设计，可以同时获得低通态压降、高阻断电压、快而软的恢复特性。 2 超结节构 由于功率器件性能的要求有如下几条： 1. 功率器件加反向电压而处于关断时，其击穿电压要高。 2. 导通时电流密度大。 3. 导通时器件上压降低。即导通时器件单位面积的电阻很小。 4. 开关速度高，意即器件从关断到导通的时间ton及从导通到关断的时间toff都很小。 5. 驱动功率小。意即要使得驱动功率器件运作， 开关输入端所需要的能耗较小，否则需要多个前级放大器才能控制。 由3和4两点值得特别注意，电力电子技术要求在变换电能时尽量提高变换的频率， 这样可使外围电路中的储能元件（电感及电容）的体积大为缩小，重量减轻许多，但是开关频率高就遇到开关损耗大的问题。 4 模拟结果与分析 我们知道P柱区和N柱区的注入深度比和掺杂浓度越大对功率二级管的反向特性越好，但是注入深度比与制作工艺的难度成正比，所以为了得到合理的、适当的结构，我们对其模型进行了模拟，得出合理的注入深度和掺杂浓度。 本文主要利用MEDICI二维数据模拟软件，分析半超结PIN功率二极管电学特性的研究，通过数据的模拟和图像的对比，给出了在注入不同深度、不同宽度和不同掺杂浓度时半超结功率二极管的正向特性、反向特性和反向恢复特性，经过正向特性、反向特性和反向恢复特性的对比，我们对半超结结构进行优化，给出适合的注入深度、宽度和掺杂浓度，进而得出最优化结构。 参考文献 【1】 张波， 邓小川， 张有润， 等. 宽禁带半导体SiC功率器件发展现状及展望J. 中国电子科学研究学报， 2009，4（2）：111-118. 【2】 陈波涛SiGe快速软恢复二极管的器件模拟与分析D，2006，12，8 【3】 张屏英，周佑谟，晶体管原理M，高等教育出版社，1994，pp23-26