1200V高壓大功率快恢復(fù)二極管器件設(shè)計和工藝研究.pdf

1、目前電力電子技術(shù)正向著輕型化、微型化、智能化、節(jié)能化發(fā)展，各種控制電路和不間斷電源、開關(guān)電源的應(yīng)用不斷擴大。做為直接影響這些電路設(shè)計合理性和運行可靠性的高頻高壓快速軟恢復(fù)二極管，其重要性得到了重新認識，同時其市場需求量也愈來愈大。但是其核心技術(shù)卻依然掌握在ABB、英飛凌、富士等幾個外企。我國政府和企業(yè)加大了快恢復(fù)二極管的立項研發(fā)投入。針對這種現(xiàn)狀，本課題開展1200V高壓大功率快恢復(fù)二極管器件設(shè)計和工藝研究。
　　 在高壓大功率

2、FRD器件最重要的終端結(jié)構(gòu)設(shè)計中，仔細研究了雙曲線法和反向迭代優(yōu)化法的優(yōu)劣性，提出了優(yōu)化多場板多場限環(huán)間距初值設(shè)置經(jīng)驗公式W1=0.4×Wlast+0.96×rj，提高了反向迭代優(yōu)化法的效率。
　　 在P+-N-N+功率二極管的動態(tài)特性研究中，從理論上分析了功率二極管零偏置時的瞬態(tài)響應(yīng)，解釋了這個瞬態(tài)變化過程中電流發(fā)生反向的原因。根據(jù)誤差函數(shù)與初等函數(shù)的近似關(guān)系，得出功率二極管零輸入態(tài)下正向恒定電流IF與反向電流峰值IRM的簡約

3、解析關(guān)系式(IRM/IF)=a+b×ln(IF+1)。在檢測電路中引入反向平衡電流源，利用仿真軟件Atlas獲得瞬態(tài)仿真實驗數(shù)據(jù)。通過MATLAB軟件對仿真實驗數(shù)據(jù)作擬合分析，并對簡約式適用范圍和相關(guān)結(jié)論進行驗證。
　　 在器件工藝研究中，采用摻入重金屬鉑(Pt)來控制快恢復(fù)二極管(FRD)少子復(fù)合壽命。同時考慮重金屬鉑(Pt)在N或P型硅中的補償作用，通過調(diào)整工藝控制參數(shù)和器件結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，獲得優(yōu)化工藝條件，提高器件良率，改善

4、器件的抗沖擊能力。
　　 采用外延雙基區(qū)結(jié)構(gòu)N1層（電阻率85Ω.cm，厚度80μm），N2層（電阻率30Ω.cm，厚度45μm）研制出了1200V快恢復(fù)功率二極管的樣管。樣管的靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)都滿足了設(shè)計目標:反向擊穿電壓VBD=1380V@50μA;正向壓降VF=1.286V@15A;反向恢復(fù)時間trr=84ns。
　　 通過分析1200V高壓功率快恢復(fù)二極管的流片實驗結(jié)果，驗證了仿真設(shè)計方法的有效性。同時，根據(jù)實