简单认识快恢复二极管

整流用功率二极管必须要有较低的正向压降以提高通态电流及降低通态功耗，同时还要具有较高的击穿电压，但对反向恢复时间的要求不高。开关用功率二极管则要求有较高的开关速度，必须缩短反向恢复时间及降低通态电压。对于快恢复二极管（Fast Recovery Diode, FRD）即续流用功率二极管，要有快恢复速度及低通态电压，同时具备较高的软度（Softness，也称作恢复系数，即反向偏置时电流下降时间tᶠ与延迟时间tᵈ的比值tᶠ/tᵈ），以保障电力电子系统的工作可靠性。

采用扩散金、扩散铂或辐照等方法都可以提高功率二极管的恢复速度。扩散金或扩散铂功率二极管不仅关断截止泄漏电流较大，而且导通正向峰值电压也比较高，所以开关功耗较大。电子辐照功率二极管的关断截止泄漏电流较低，但太大的反向恢复峰值电流不易软恢复，致使开关功耗变大。质子辐照功率二极管的反向恢复峰值电流较低，较易软恢复，故开关功耗较低。辐照的位置若与PiN 功率二极管的p⁺n 结区域重叠，会使器件的高温泄漏电流增大，并劣化二极管的击穿特性。采用电场屏蔽阳极 (Field Shielded Anode， FSA)二极管结构可改善击穿特性，即由较薄的p⁺区和稍厚的低摻杂 p区组成阳极区，形成p⁺pn⁻n⁺结构的 PiN 功率二极管，采用适当的低能量辐照可使含有高密度复合中心的缺陷区仅位于较薄的p 区内，而不与pn 结的空间电荷区重叠；这样就可降低阳极的注入效率，使器件的反向恢复速度变快，同时也降低了高温泄漏电流，并可提高功率二极管的高温击穿电压。‍

改变二极管的阳极结构或阴极结构等方法也可提高功率二极管的恢复速度，并降低开关功耗。降低阳极的掺杂浓度和减小其厚度可降低导通状态的少子注入浓度，虽然器件的通态特性会变差，但可获得较快的反向恢复特性，在开关及续流应用上可降低开关功耗。发射极注入效率自调整二极管 (Self-adjustablep⁺Emitter Efficiency Diode, SPEED）的结构示意图如图 2-61 所示，以离子注入方式在低掺杂的p阳极区内形成高摻杂的p⁺区。在低电流密度时，pn 结的注入效率较低，故通态压降由正向压降较低的pn⁻n⁺结来决定；在高电流密度时，p⁺pn⁻结的高注入会产生电导调制效应，使二极管的压降由正向压降较低的p⁺pn⁻ n⁺部分来决定。由于SPEED 结构在高电流密度时的正向压降变化较小，故可提高器件的抗浪涌电流（Surge Current） 能力，同时具有较高的反 向恢复速度，是一个典型的快恢复二极管。

此外，如图 2-62 所示，将 PiN二极管和肖特基二极管组成复合并联结构(Merged PiN and Schottky， MPS) 则可提高肖特基二极管的耐压特性，降低正向压降。MPS 二极管是结合 PiN 功率二极管和肖特基二极管优点的快恢复二极管。

在低电流密度下，PiN 二极管并不导通，但在提高电流密度时，p区会向n⁻漂移区注入大量的空穴而产生电导调制效应，致使正向电压下降而让大电流能流过金属-半导体接触处。MPS 二极管的导通机制随着外加正向电压的逐渐增加，就由初始的肖特基结主导的单极工作状态转成由 pn 结主导的双极工作状态。当MPS二极管反向偏置时，pn 结空间电荷区扩展连成一片而屏蔽了肖特基结，使得肖特基结不再承受外加的反向偏置电压，而由反偏pn结的势垒承受外加的反偏电压来提高 MPS 二极管的击穿电压。MPS 二极管具有耐压及快恢复的特性，也是一种标准的快恢复二极管。

FRD 的主要应用是与开关器件（例如 GTO 晶闸管、IGCT、IGBT 等）结合，实现直流信号和交流信号的转换。以IGBT 为例，IGBT 能提高电力的利用效率，而 FRD 作为 IGBT 反偏工作状态下的辅助配合器件，可增加系统的稳定性与可靠性。

审核编辑：汤梓红