快速软恢复SiGe异质结功率二极管的分析与设计

摘要

电力电子技术高频化的发展趋势要求功率开关二极管必须具有快速开通和高速关断的能力，即具有短的反向恢复时间（trr），较小的反向恢复电流（IRM）和软恢复特性。传统的Si PiN功率二极管由于Si材料特性的局限性，很难实现开关速度、通态压降和反向漏电流三者良好的折衷。因此，采用新材料开发具有良好性能的功率二极管越来越重要。 本文针对SiGe材料的物理特性、SiGe/Si异质结特性建立了准确的物理参数模型。在详细论述了SiGe/Si异质结功率二极管良好特性的基础上，提出了两种快速软恢复SiGe/Si功率二极管新结构： n-区采用多层渐变掺杂和阴极侧采用理想欧姆接触。同时对器件反向恢复特性、正反向I-V特性及载流子分布、电流矢量等物理量进行了模拟和详细的机理分析。结果表明，采用新结构后，反向恢复特性大大改善，恢复时间明显缩短，软度因子S显著提高，反向峰值电流也有不同程度的降低，其综合性能远远高于Si同类型结构及常规p+(SiGe)-n--n+二极管。另外，为使器件性能进一步提高，本文还对器件的结构参数进行了优化设计。 本文采用的性能改进方法无须采用少子寿命控制技术，因而很容易集成于功率IC中。取得的成果对于p+(SiGe)-n--n+异质结功率二极管的设计和研制工作均具有一定的参考价值。