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功率快恢复二极管制造技术发展简述北京工业大学功率半导体器件与功率集成电路研究室亢宝位2008年7月

前言●功率快恢复二极管的地位◆用途：续流；整流◆市场份额：大于IGBT世界：～25亿美金功率MOS25%MOS栅类功率IC45%IGBT5.6%中国：～70亿元人民币二极管13.1%双极类●我国生产现状：晶闸管BJT4.1%6.9%占主流的高端产品几乎全部进口●我国研究现状：◆研发几百至几十ns超快恢复二极管者鲜见◆北京工业大学一直致力于超快恢复FRD和IGBT研发

梗概一.绪论:快恢复二极管的用途与对它的性能要求二.快恢复二极管结构发展之一：PiN二极管结构发展三.快恢复二极管结构发展之二：PiN/肖特基结合二极管结构发展四.过剩载流子寿命控制技术的发展五.制造功率快恢复二极管的半导体材料的发展六.我国快恢复二极管产业技术现状七.结束语

一.绪论快恢复二极管的用途与对它的性能要求

1.快恢复二极管主要用途●主要是续流二极管(FWD)●其次是整流二极管+L主要应用例一：CRMOS管开关控制器V2V1D开关电源降压电路_续流+_主要应用例二：电机调速逆变电路电机绕组(电感)工作模式：开关

2.快恢复二极管的开关波形与参数+-+---++PNN+PNN+PNN+PNN+IFM电流trrtatb0.9IFMVFM1.1V软度S=t/tbaFV电压0.1IFFMttt快而软恢复慢而硬恢复r0.25IrMfrIrrMVS开通时正向恢复过程关断时反向恢复过程

快恢复二极管的功耗电流电压t功耗通态损耗+截止损耗=静态损耗t=开通损耗+关断损耗开关损耗◆高频工作时开关损耗为主◆低频工作时静态损耗为主快恢复二极管一般恢复二极管

3.对快恢复二极管主要性能要求主要目的：降低功耗;保护主开关IGBT;提高可靠性等直流参数反向漏电小正向压降低V↓F静态损耗I↓R反向恢复电荷少Q↓开关参数rrt↓反向恢复时间短反向恢复电流峰值小rr开关损耗保护IGBTI↓rrM正向恢复电荷少反向恢复特性软正向压降正温度系数dV/dT＞0tfr↓,VFM减小EMIS↑提高电力电子设备可靠性F功率快恢复二极管发展史主要是以上性能的改进史！

二.快恢复二极管结构发展之一:PiN二极管结构发展1,常规PiN二极管（PiN1950’s)2,低损耗二极管（LLD1976)3,静电屏蔽二极管（SSD1984)4,场中止低损耗二极管（FS-LLD2007)5,背注入空穴二极管（CIBH2006)6,场抽出电荷二极管(FCE2005)7,浮带区熔二极管（FZ-Diode2008）8，超级结二极管（SJ-diode)

各种PiN二极管结构一览SPEEDSSD阳极CIBHPiNLLD(FS-LLD)FCE阳极阳极阳极阳极阳极PPP+P++PPPPP+N-N-N-N-N-N-NNPPPN+PN+N+N+N+P+N+N+阴极阴极阴极阴极阴极阴极

1,常规PiN二极管P+N-N+阳极阴极特点:耐压高,可以按需要随心设计几十V→6500V缺点:有少数载流子存储效应,所以:开关时间长反向恢复硬正向压降大用常规寿命控制法提高速度时三者相互矛盾，难以得到良好折衷以后PiN二极管的发展史主要就是提高其折衷性能的历史

2，低损耗二极管（LLD)电流tN-N+PLLD（快而软恢复）常规PIN（慢而硬恢复）IrrM电压结构特点：低发射区掺杂浓度性能优点●正向压降小PN结自建电势差减小●开关时间短P区注入N-区空穴总量减少近PN结处空穴浓度降低近NN+结处空穴浓度提高●反向恢复电流峰值低●开关特性软问题：反向特性变软，击穿电压降低，限制它充分应用

3,静电屏蔽二极管（SSD,SPEED）结构特点低掺杂发射区P-高掺杂发射区阳极?低发射区掺杂?深结静电屏蔽P-P-P+P+P+势垒性能特点+N-P区屏蔽发射区?正向压降小?反向恢复快,软N+?耐压提高漏电减小阴极?发射极效率自调整

4,（场中止低损耗二极管，FS-LLD）NN+PN-缓冲层结构特点:LLD+N缓冲层性能特点:更软恢复

5,背注入空穴二极管CIBHPPPP++++结构特点：加入背P区+N+N-P性能特点：反向恢复更软+N+反向恢复波形对比

6，场抽出电荷二极管（FCE）FCE阴极只加N缓冲层结构特点：FS-LLD结合CIBH性能特点：反向恢复特软

7，浮带区熔二极管（FZ-Diode)电子辐照P-N-N+背FZ-Diode面激光退火阳极电流(A)●成本低用FZ硅材料●反向恢复浪涌电压小载流子寿命