超结功率开关二极管电学特性的

摘 要 ：常规的硅器件结构达不到现在人们的需求,而且硅还受到自身材料的束缚“硅极限”[1],因此人们建立了新型结构――超结结构[2].超结结构是利用互相交替的n型区和p型区替代传统单一的n漂移区.

关 键 词 ：硅 超结 半超结

1.绪论

超结结构逐渐引起人们的广泛关注.这种新结构利用相互交替的n型柱和p型柱代替传统单一的n型基区,在提高功率器件击穿电压的同时能减小导通电阻,很大程度上打破了击穿电压与导通电阻之间的“硅极限”[3].但是应用超结结构有两个显著缺点：二极管反向恢复硬度高和制造工艺难度大.而半超结结构是在传统超结结构中的基区增加一个n型区,称之为底端辅助层.在具有相同的深宽比时,半超结可以获得比超结更低的导通电阻,同时器件制作的难度及成本显著降低.半超结结构功率开关二极管对电力电子技术有重要影响,对其结构参数进行优化设计,可以同时获得低通态压降、高阻断电压、快而软的恢复特性.

2.超结节构

由于功率器件性能的要求有如下几条：

1. 功率器件加反向电压而处于关断时,其击穿电压要高.

2. 导通时电流密度大.

3. 导通时器件上压降低.即导通时器件单位面积的电阻很小.

4. 开关速度高,意即器件从关断到导通的时间ton及从导通到关断的时间toff都很小.

5. 驱动功率小.意即要使得驱动功率器件运作, 开关输入端所需要的能耗较小,否则需要多个前级放大器才能控制.

由3和4两点值得特别注意,电力电子技术要求在变换电能时尽量提高变换的频率, 这样可使电路中的储能元件（电感及电容）的体积大为缩小,重量减轻许多,但是开关频率高就遇到开关损耗大的问题.

4.模拟结果与分析

我们知道P柱区和N柱区的注入深度比和掺杂浓度越大对功率二级管的反向特性越好,但是注入深度比与制作工艺的难度成正比,所以为了得到合理的、适当的结构,我们对其模型进行了模拟,得出合理的注入深度和掺杂浓度.

本文主要利用MEDICI二维数据模拟软件,分析半超结PIN功率二极管电学特性的研究,通过数据的模拟和图像的对比,给出了在注入不同深度、不同宽度和不同掺杂浓度时半超结功率二极管的正向特性、反向特性和反向恢复特性,经过正向特性、反向特性和反向恢复特性的对比,我们对半超结结构进行优化,给出适合的注入深度、宽度和掺杂浓度,进而得出最优化结构.