隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器、斬波器等電子電路的應(yīng)用不斷擴大，這些電子電路中的主回路，無論是采用了晶閘管，還是VDMOS、IGBT、GTO等新型電子器件，都需要一個與之并聯(lián)的快速二極管，以減少電容的充電時間，提供負(fù)載的無功電流通道，同時抑制因負(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)時間短，反向恢復(fù)電流小和軟恢復(fù)等特點。而快恢復(fù)二極管(FRD)因具備上述特點而被廣泛應(yīng)用。本文簡要介紹快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)過程，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)過程

所有的PN結(jié)二極管，在傳導(dǎo)正向電流時，都以少數(shù)載流子的形式存儲電荷。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),從這個意義講，它對二極管是有益的。但是當(dāng)正在導(dǎo)通的二極管突然加一反向電壓時，由于二極管內(nèi)存有大量的少子，故在二極管截止前，需要一段時間將這些少子全部中和或抽出，這個過程就是反向恢復(fù)過程，所需的時間就是反向恢復(fù)時間(trr)。

反向恢復(fù)的全過程可分為五部分，如圖1所示。在時間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-擴散，電子由N-區(qū)向P+區(qū)擴散，此過程二極管內(nèi)存儲大量的少數(shù)載流子。

t0-t1(電流下降過程)：當(dāng)t0時，快恢復(fù)二極管被加上反向電壓VR。此時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)載流子濃度愈來愈小，電流雖保持正向流動的方向，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，N-區(qū)邊緣的少子擴散濃度與基區(qū)N-區(qū)向P+區(qū)漂移的少子濃度相持平，此時電流開始反向。

t1-t2(電荷存儲過程)：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，空穴的濃度低于N-區(qū)熱平衡值(總的熱載流子濃度為零)，致使電壓開始反向開始形成耗盡層。

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

t3-t4(感應(yīng)過程)：電流達到最大值Ipr后，則以diR/dt的速度衰減，在感性負(fù)載的影響下，反向電壓將進一步增加直至t=t4時。此時恢復(fù)電壓達到最大值Vpr，同時二極管的耗盡層也達到最寬。

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