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傳統的快恢復二極管(FRD)與普通二極管主要區別在于反向恢復時間trr的長短，這主要與非平衡載流子壽命有關。常用摻金或電子輻照的方法使少子壽命降低，以獲得較短的反向恢復時間。隨著電力電子技術的發展，傳統的快恢復二極管遠不能滿足新器件應用的要求，不是簡單地縮短trr，還要求有較軟的恢復特性。特別是在大功率開關電路中，由于負載往往是感性的，在開關過程中會產生較大的感應電壓。為了保護主開關器件不被損壞，需要并聯一只續流二極管，使其產生的高電壓在回路以電流方式消耗，因此要求續流二極管有快而軟的反向恢復特性。本文介紹的快恢復二極管(FRD)就是為了滿足開關電源或逆變電路要求而開發的。

  為了實現二極管的快速軟恢復特性，需要控制陽極的注入效率。對于低壓二極管，常采用淺結、肖特基結或pn結與肖特基相結合等方法。對于高壓二極管，由于其中有深結、歐姆接觸以及漏電流等要求，需采用一些特殊的陽極或陰極結構來調節其注入效率。
  1. 快恢復二極管結構

  為了獲得較快的反向恢復特性，通過改進陽極結構來控制其注入效率，以降低導通期間的少子注入。圖1所示的快恢復二極管采用了不同陽極剖面結構。

圖1 具有不同陽極注入效率的功率二極管結構  (1)弱陽極二極管結構如圖1a所示，它是通過降低普通pin二極管的陽極摻雜濃度形成的。其n+襯底與n外延層與普通pin二極管相同，只是p陽極區的摻雜濃度比普通pin二極管的p+陽極區摻雜濃度更低。采用此結構可降低陽極注入效率，提高反向恢復速度，并降低開關損耗。故這種結構也稱為低損耗二極管(Low Loss Diode, LLD)。
  (2)發射極注入效率自調整二極管(SPEED)結構如圖1b所示，它是在低摻雜的p陽極區中嵌入了高摻雜濃度的p+區。低電流密度下，pn結的注入效率較低，所以二極管的壓降由正向壓降較低的pnn+部分決定；高電流密度下，p+pn結的注入效率較高，所以二極管的壓降由正向壓降較低的p+pnn+部分決定。與普通pin二極管相比，SPEED結構在高電流密度下正向壓降增加更少，有助于提高器件抗浪涌電流的能力，并提高反向恢復速度。
  (3)靜電屏蔽二極管(Static Shielding Diode,SSD)結構如圖1c所示，它的陽極是由一個高摻雜的p+區環繞淺輕摻雜p區構成。由于輕摻雜p區有較低的注入效率，導致存儲電荷減小。該結構可以改善反向恢復特性，但擊穿電壓較低。
  (4)發射極短路型二極管(Emiller Short Type Diode,ESD)結構如圖1d所示，它是在陽極區增加了部分n+控制區，以降低陽極的注入效率。同時在陽極側也產生了一個寄生的n+pn-n晶體管。通過適當降低p陽極區的摻雜劑量，并控制n+區的尺寸，可以減小n+區下方p陽極區的橫向電阻，從而避免寄生晶體管在反向恢復期間導通，并獲得高擊穿電壓和低陽極注入效率。通常將p+與n+區做成精細的接觸結構(如寬度Ln+=1µm,Lp=3µm，結深均為1µm，摻雜濃度為1x1019cm-3)，可以保證反向恢復期間n+p結的正偏壓低于0.5V而不發生注入。東芝(Toshiba)公司采用該ESD結構巳研制出4kV耐壓的二極管，在20℃下漏電流低于10µA，在125℃下漏電流在1mA左右，在100A/cm2的正向電流密度下正向壓降為1.24V,且反向恢復峰值電流、恢復時間及反向恢復電荷明顯減小。
  (5)注入效率逆增長(IDEE)二極管結構如圖1e所示，它是通過離子注入和高溫推進將陽極區做成了分離的高摻雜深p+區，且深p+區之間的n-區形成溝道，使陽極注入效率與常規的pn結的注入效率變化趨勢相反，即隨陽極電流的上升而逐漸增大，有利于降低大電流下的通態功耗，提高二極管抗浪涌電流的能力。同時由于陽極p+區間距很小，截止狀態下溝道區會被p+n結的電場屏蔽，所以對擊穿電壓幾乎沒有影響。

  除了采用上述的陽極技術外，可以通過質子輻照在p+陽極區引入局部的復合中心來控制載流子壽命，以達到提高反向恢復速度的目的。但是復合中心的位置對反向漏電流的影響較大。在截止期間，如果pn結形成的空間電荷區與局部壽命控制產生的輻射缺陷區重疊(見圖2a)，會導致高溫漏電流增大。為了改善高溫擊穿特性，可采用電場屏蔽陽極(Field Shielded Anode,FSA)二極管結構，如圖2b所示。其陽極區是由高摻雜濃度的淺p+區和低摻雜濃度的深p區組成，輻照產生復合中心的缺陷區位于p+陽極區內，并遠離pn結空間電荷區(間距為d)，這樣不僅降低了陽極注入效率，獲得較快的反向恢復特性，而且可以降低高溫漏電流，從而提高二極管的高溫反向擊穿能力。ABB公司采用FSA結構研制出了4.0kV二極管，正向壓降為2.1V，在125℃下的漏電流僅為0.6mA，而常規二極管的高溫漏電流高達2mA。

圖2  FSA與普通陽極二極管的摻雜剖面、電場強度分布及缺陷分布比較

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