隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種開(kāi)關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器、斬波器等電子電路的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，這些電子電路中的主回路，無(wú)論是采用了晶閘管，還是VDMOS、IGBT、GTO等新型電子器件，都需要一個(gè)與之并聯(lián)的快速二極管，以減少電容的充電時(shí)間，提供負(fù)載的無(wú)功電流通道，同時(shí)抑制因負(fù)載電流瞬間反向而感應(yīng)的高電壓。由于這些電子器件的頻率和性能不斷提高，要求與之匹配的二極管必須具備恢復(fù)時(shí)間短，反向恢復(fù)電流小和軟恢復(fù)等特點(diǎn)。而快恢復(fù)二極管(FRD)因具備上述特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要介紹快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)過(guò)程，及基于TCAD軟件工具采取一系列方法優(yōu)化恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)快速而軟的恢復(fù)。

快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)

反向恢復(fù)過(guò)程

所有的PN結(jié)二極管，在傳導(dǎo)正向電流時(shí)，都以少數(shù)載流子的形式存儲(chǔ)電荷。少子的注入引起的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)可降低通態(tài)電壓(VF),從這個(gè)意義講，它對(duì)二極管是有益的。但是當(dāng)正在導(dǎo)通的二極管突然加一反向電壓時(shí)，由于二極管內(nèi)存有大量的少子，故在二極管截止前，需要一段時(shí)間將這些少子全部中和或抽出，這個(gè)過(guò)程就是反向恢復(fù)過(guò)程，所需的時(shí)間就是反向恢復(fù)時(shí)間(trr)。

反向恢復(fù)的全過(guò)程可分為五部分，如圖1所示。在時(shí)間t0之前，快恢復(fù)二極管處于正向?qū)顟B(tài)，空穴向基區(qū)N-擴(kuò)散，電子由N-區(qū)向P+區(qū)擴(kuò)散，此過(guò)程二極管內(nèi)存儲(chǔ)大量的少數(shù)載流子。

t0-t1(電流下降過(guò)程)：當(dāng)t0時(shí)，快恢復(fù)二極管被加上反向電壓VR。此時(shí)P+N-結(jié)的N-區(qū)存在的大量少數(shù)載流子依然向陰極方向擴(kuò)散，且濃度大于由N-區(qū)往P+區(qū)抽出和復(fù)合消失的少數(shù)載流子濃度，故電流依然保持正向流動(dòng)的方向(只分析了N-區(qū)的少子，P+區(qū)的少子同理)。隨著N-區(qū)邊緣的少數(shù)載流子濃度愈來(lái)愈小，電流雖保持正向流動(dòng)的方向，但其值在以di/dt的速度逐漸減小(di/dt的大小由反向電壓VR，電路的電感系數(shù)及電路結(jié)構(gòu)決定)。直至t1時(shí)，N-區(qū)邊緣的少子擴(kuò)散濃度與基區(qū)N-區(qū)向P+區(qū)漂移的少子濃度相持平，此時(shí)電流開(kāi)始反向。

t1-t2(電荷存儲(chǔ)過(guò)程)：N-區(qū)邊緣的空穴繼續(xù)被抽出和復(fù)合掉。直至?xí)r間t2時(shí)，空穴的濃度低于N-區(qū)熱平衡值(總的熱載流子濃度為零)，致使電壓開(kāi)始反向開(kāi)始形成耗盡層。

t2-t3(電壓上升過(guò)程)：耗盡層形成以后，加劇漂移區(qū)的過(guò)剩載流子的抽取，且反向電壓以dv/dt的速度增大。隨著電壓不斷增大，耗盡層寬度越來(lái)越大，直到電壓達(dá)到外加電壓VR時(shí)(di/dt=0)，電流到達(dá)最大Ipr。

t3-t4(感應(yīng)過(guò)程)：電流達(dá)到最大值Ipr后，則以diR/dt的速度衰減，在感性負(fù)載的影響下，反向電壓將進(jìn)一步增加直至t=t4時(shí)。此時(shí)恢復(fù)電壓達(dá)到最大值Vpr，同時(shí)二極管的耗盡層也達(dá)到最寬。

t4-t5(恢復(fù)過(guò)程)：電壓的回降使得耗盡層隨之變窄，到t5時(shí)電壓和耗盡層寬度基本下降到穩(wěn)定值，電流達(dá)到漏電流。而反向恢復(fù)失效往往發(fā)生在此過(guò)程。