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快恢复二极管的铂扩散分析

作者:海飞乐技术 时间:2016-12-30 17:49

  一、快恢复二极管概述
  在现代电力电子线路装置中,除了大功率高频整流的基本功能之外,功率二极管还日益肩负起续流、隔离、箝位、吸收等越来越多的功能。除了电压、电流的指标外,二极管的反向恢复特性成为主要被关注的参数。快恢复功率二极管具有反向恢复时间短、开关特性好、正向电流大等优点。近年来,随着电力电子技术的不断发展,快恢复二极管广泛用于脉宽调制器、交流电机变频调速器、开关电源、不间断电源、高频加热等装置中,作高频、高压、大电流整流、续流及保护用。随着快恢复二极管市场需求的不断增大,目前国内很多半导体公司致力于开发快速二极管系列产品。为了获取高压、高频、低损耗功率二极管,研究人员正在两个方向进行探索。一是采用新材料新结构研制新型功率二极管,二是沿用成熟的硅基器件工艺,通过合理的器件结构设计来改善快恢复二极管中导通损耗与开关频率间的矛盾关系。
 
  二、快恢复二极管的铂扩散分析
  作为开关器件的寿命控制元素,必须具备以下这些条件:
  a能在硅中形成起复合中心作用的深能级,能有效地俘获电子和空穴;
  b.在硅中有足够的固溶度;
  c、高的扩散系数和适中的扩散温度
  d、扩散过程易于控制。
  在完成寿命控制的各种方法中较为常见的是铂扩散和金扩散。扩金的器件在正向压降VF和反向恢复时间trr之间有最佳的折衷曲线,但是显示出最大的漏电流。扩铂器件的漏电流比扩金器件的低一个数量级。
铂是过渡元素,和金一样,在硅中是快扩散杂质,图1所示的是铂和金硅中的能级。

图1 硅中铂和金的能级
图1 硅中铂和金的能级
  从图1 可以的知,金在硅中的为Ec-0.5eV和Ev+0.35eV。在N型硅中,位于Ec-0.54eV的金能级是主要大复合能级。铂在N型硅中发现了四个深能级,分别是Ec-0.19eV、Ec-0.32eV、Ev+0.42eV,其中Ev+0.42eV能级被认为是一个重要的少子复合中心。
  理论上讲,杂质能级越靠近禁带中央,俘获几率越大,而硅PN结漏电流主要是耗尽层产生电流,正偏时大的复合率对应反偏时大的复合率。与金的主要复合中心能级Ec-0.5eV相比,Ev+0.42eV较为远离禁带中央,产生的漏电流比掺金器件的小;另外,有文献报道,扩铂对器件的击穿电压影响较小。从扩散特性当面讲,扩铂形成的替位原子是稳定的原子缺陷,因此器件的高温稳定性好。虽然扩铂器件与扩金器件相比具有较差的正向压降VF和反向恢复时间trr之间的折衷曲线,但是通过合理的设计器件结构以及工艺,扩铂器件能够获得较为理想的VF与trr的折衷。基于以上优点,铂形成的缺陷是较为理想的复合中心。
 
 
 




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