4.5KV快软恢复二极管的特性优化与工艺设计

摘要

随着高端电力电子产品的出现，电力电子技术备受瞩目，尤其是对高压快软恢复二极管(FSRD)的需求十分巨大。采用FSRD可以降低装置内部电感引起的瞬态过电压，避免主开关器件的电热击穿。因此，研究高压FSRD对提高电力电子装置的可靠性和使用寿命有重要意义。
　　 本文简要地分析了pin二极管的工作机理及主要性能参数，以4.5kV的功率二极管为例，利用ISE软件重点分析了p+pn-nn+、p+pn-nn+/p+及门极控制(GCD)三种改进二极管结构的工作机理及其特性，并提取了关键的结构参数。最后对p+pn-nn+二极管的制作工艺进行了分析和模拟，给出了工艺流程和相应的工艺条件。主要研究内容如下：
　　 第一，简要介绍了pin二极管的工作机理和特性。从改善软恢复特性出发，给出了p+pn-nn+结构、p+pn-nn+/p+结构及门极控制二极管三种改进结构，并通过分析通态下的载流子分布、阻断下的电场分布以及反向恢复期间载流子浓度以及电流密度分布研究其工作机理。
　　 第二，利用ISE软件模拟了三种改进结构在常温和高温下的各种特性，分析了关键结构参数对其特性的影响，提取了满足4.5kV指标要求优化设计的结构参数。并对三种二极管的特性进行对比，结果表明，GCD的反向恢复特性较好，温度稳定性也较好，但是通态特性较差。
　　 第三，研究了4.5kVFSRD的制作工艺，设计了p+pn-nn+结构二极管的工艺流程，并通过工艺模拟分析了每道工艺之间的相互影响，确定出相应的工艺条件，给出工艺实施方案。
　　 该研究成果对高压FSRD的开发有一定的参考价值。