[發明專利]快速恢復二極管

有效

• 申請號: 201010140971.8
• 申請日: 2010-03-31
• 公開（公告）號: CN102208454A
• 公開（公告）日: 2011-10-05
• 發明（設計）人: 周振強;江堂華;吳家鍵;蔡橋斌;楊颯颯
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/36
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，尤其涉及快速恢復二極管。

背景技術

快速恢復二極管(FRD，FAST?RECOVERY?DIODE)是一種用外延硅單晶片做材料，用COMS工藝技術制作的新一代新型電力半導體器件，具有高頻率、高電壓、大電流、低損耗和無電磁干擾等優點。FRD可以作為輸出整流二極管、嵌位二極管、吸收二極管等單獨使用，也可以作為續流二極管與絕緣柵雙極型晶體管(IGBT，Insulated?Gate?Bipolar?Transistor)配套使用。快速恢復二極管單管和模塊以及與IGBT組合的模塊廣泛用于電機變頻調速、電焊機、各種開關電源、逆變器、靜電感應等加熱等工業、醫藥和航天航空領域。

快速恢復二極管的一個工作周期中包含正向恢復和反向恢復。目前，在電力電子線路中，為了提高運行效率和可靠性，要求快速恢復二極管有較好的正向恢復特性和反向恢復特性。所謂正向恢復特性即快速恢復二極管開通初期出現較高的瞬態壓降，經過一定時間后才能處于穩定狀態，該時間反映了正向恢復特性；所謂反向恢復特性即在較短的時間內，二極管能夠從正向導通狀態恢復到反向阻斷狀態。快速恢復二極管一般要求具有較快的反向恢復。但是，較快的反向恢復，導致了較快的電流上升率(di/dt)，將進一步引起電流在反向恢復過程中出現振蕩，產生電磁干擾(EMI，Electromagnetic?Interference)問題，影響了線路的可靠性。因此，在高頻電力電子線路中，一個好的快速恢復二極管不僅反向恢復要快，而且反向恢復還要不振蕩，即器件具有較好的反向恢復特性，當然，一個好的快速恢復二極管同樣也需要較好的正向恢復特性。

發明內容

本發明為解決現有技術中的快速恢復二極管(FRD)的正向恢復特性和反向恢復特性不能滿足需求的技術問題，提供快速恢復二極管，本發明提供的快速恢復二極管包括一種具有較好正向恢復特性的快速恢復二極管、一種具有較好反向恢復特性的快速恢復二極管和一種同時具有較好的正向與反向恢復特性的快速恢復二極管。

為了解決本發明所要解決的技術問題，本發明的具體實施方案如下：

一種快速恢復二極管，包括p型半導體層和與p型半導體層接觸的n型半導體層，其中，橫向上，從p型側外表面到冶金結處，p型半導體層內的少子壽命逐漸變長、摻雜濃度逐漸降低，從冶金結處到n型側外表面，所述n半導體層內的少子壽命逐漸變短、摻雜濃度逐漸增加。

本發明的快速恢復二極管具有較大的空間電荷區和pn結附近較長的少子壽命。較大的空間電荷區，使得正向恢復時電流變化就越緩慢；pn結附近較長的少子壽命，代表就有較多的少子達到空間電荷區，意味著空間電荷區內少子復合的機會越多，空間電荷區寬度減少的速度越快，快速恢復二極管的正向導通時間就越短。因此，本發明的快速恢復二極管在正向導通時具有較好的軟度和較快的導通速度。

本發明提供的另一種快速恢復二極管，包括p型半導體層和與p型半導體層接觸的n型半導體層，其中，橫向上，從p型側外表面到冶金結處，p型半導體層內的摻雜濃度逐漸降低、少子壽命逐漸變短，從冶金結處到n型側外表面，所述n半導體層內的摻雜濃度逐漸降低、少子壽命逐漸變長。

本發明的快速恢復二極管pn結處P型摻雜濃度Nd濃度較小、n型摻雜濃度Na濃度較大，使結電容Cj就較小，縮短了反向恢復末期結電容Cj與擴散電容Cs之間的差距，降低了反向恢復末期的振蕩可能性。同時本發明的快速恢復二極管的少子壽命分布為pn結附件少子壽命短、兩端的少子壽命長。pn結附件少子壽命短加快了空間電荷區的擴展，即反向恢復時間就越。少子壽命分布和n型半導體層、p型半導體層摻雜濃度分布共同作用也使得電子和空穴更加均勻的復合，進一步提高反向恢復的穩定性。因此，本發明第二實施例的快速恢復二極管提高了快速恢復二極管的反向恢復特性。

本發明提供的另一種快速恢復二極管，橫向包括p型半導體層和與p型半導體層接觸的n型半導體層；其中：軸向包括相鄰的第一二極管結構和第二二極管管結構；所述第一二極管結構，橫向上，從所述第一二極管結構的p型側外表面到冶金結處，所述第一二極管結構的p型半導體層內的少子壽命逐漸變長、摻雜濃度逐漸降低，從冶金結處到所述第一二極管結構的n型側外表面，所述第一二極管結構的n半導體層內的少子壽命逐漸變短、摻雜濃度逐漸增加；所述第二二極管結構，橫向上，從所述第二二極管結構的p型側外表面到冶金結處，所述第二二極管結構的p型半導體層內的摻雜濃度逐漸降低、少子壽命逐漸變短，從冶金結處到所述第二二極管結構的n型側外表面，所述第二二極管結構的n半導體層內的摻雜濃度逐漸降低、少子壽命逐漸變長。