功率二極管正、反向恢復(fù)過程功率損耗簡析

（1）正向恢復(fù)過程能量損耗

（2）反向恢復(fù)過程能量損耗

（反向恢復(fù)過程未結(jié)束，晶格峰值溫度達(dá)到1000K）

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導(dǎo)通角： 導(dǎo)通角是指在一個周期內(nèi)，由電力電子器件控制其導(dǎo)通的角度。交流電一般為正弦波形，它的一個周期為360度，正半周占180度，負(fù)半周占180度。當(dāng)交流電通過可控硅時，可以讓交流電電流通過控制使其在0－180度的任一角度處開始導(dǎo)通，即所謂可控整流，當(dāng)正半周加到可控硅的陽極，在180度的某一角度時，在可控硅的控制極加一觸發(fā)脈沖，例如在30度加一脈沖，可控硅只能通過余下的150度的電流。這種使可控硅導(dǎo)電的起始角度例如上述的30°稱為控制角，用α表示。晶閘管在一個電源周期中處于通態(tài)的電角度稱為導(dǎo)通角，用θ表示，例如上述的150°，所以θ=π-α。

正向浪涌電流測試的基本要求和標(biāo)準(zhǔn)測試方法：

二極管IFSM測試需要的峰值脈沖電流要求達(dá)到數(shù)十倍的額定通態(tài)電流值。標(biāo)準(zhǔn)的測試方法是采用大容量工頻變壓器，截取市電交流波形來產(chǎn)生時間常數(shù)為10ms、導(dǎo)通角為0°～180°的正弦半波脈沖。用這種方法產(chǎn)生幾百上千安培的正弦脈沖電流。一些國外公司的產(chǎn)品對浪涌沖擊電流波形有特殊要求，比如要求在正向整流電流的基礎(chǔ)上再加一個時間常數(shù)為10ms或8.3ms、導(dǎo)通角為0°～180°的正弦半波脈沖電流，或者要求施加連續(xù)兩個時間常數(shù)為10ms或8.3ms、導(dǎo)通角為0°～180°的正弦半波脈沖電流等。

高壓整流二極管結(jié)構(gòu)參數(shù)：

根據(jù)實際電參數(shù)指標(biāo)要求，在25℃室溫情況下，當(dāng)測試電流IR=5μA時，器件反向重復(fù)峰值電壓（VRRM）需高于1200V。為保證器件結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性，對擊穿電壓指標(biāo)考慮10％的裕量，即擊穿電壓設(shè)計目標(biāo)值為1320V。圖2為仿真得到的N型單晶硅電阻率對器件擊穿電壓的影響，在仿真過程中，襯底少子壽命為10μs，高阻N型區(qū)厚度為180μm，P+區(qū)表面濃度為5E19cm-3，結(jié)深為10.5μm。當(dāng)N型單晶硅電阻率大于45Ω.cm時，器件擊穿電壓約為1400V，滿足設(shè)計要求。圖3為仿真得到的高阻N型單晶硅厚度對器件擊穿電壓的影響。

在仿真過程中，襯底少子壽命為10μs，原始單晶硅電阻率為45Ω.cm，P+區(qū)表面濃度為5E19cm-3，結(jié)深為10.5μm。當(dāng)高阻N型單晶硅厚度≥90μm時，器件擊穿電壓約為1350V，滿足設(shè)計要求。器件基本結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇為：原始N型單晶硅片晶向為<111>，少子壽命為10μs，單晶硅電阻率為45Ω.cm。利用三重擴(kuò)散工藝制備得到N+/N結(jié)構(gòu)，N+襯底砷雜質(zhì)擴(kuò)散深度為160μm，砷表面濃度為5E19cm-3；高阻N型區(qū)厚度為100μm；陽極區(qū)硼擴(kuò)散表面濃度為5E19cm-3，硼擴(kuò)散結(jié)深為變量，變化范圍為1.5~13.5μm。