[发明专利]一种快速软恢复功率开关二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电力半导体器件设计和应用领域，具体涉及一种快速软恢复功率开关二极管，本发明还涉及一种快速软恢复功率开关二极管的制备方法。

背景技术

电力电子器件是一种能够实现电能高效率应用和精确控制的电力半导体器件，是电力电子技术的基础。日益严重的能源和环境问题使得人们对电能的变换效率、品质愈来愈关注，也引导了功率器件沿着高效率、高频率、高耐压、高功率、集成化、智能化等方向迅速发展。

在许多工作条件下，这些器件需要一个与之反并联的二极管以提供续流通道，减少电容的充放电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压。其中续流二极管的反向特性对施加于有源元件的尖峰电压及电路的效率产生很大影响，要求具有良好的快速和软恢复特性。

二极管和一般开关的不同在于，“开”与“关”由所加电压的极性决定，而且“开”态有微小的压降V_f，“关”态有微小的电流I₀。如图1所示，当电压由正向变为反向时，电流并不立刻成为(-I₀)，而是在一段时间t_s内，反向电流始终很大，二极管并不关断。经过t_s后，反向电流才逐渐变小，再经过t_f时间，二极管的电流才成为(-I₀)，t_s称为储存时间，t_f称为下降时间。t_rr=t_s+t_f称为反向恢复时间，以上过程称为反向恢复过程。软度因子S定义为S=t_f/t_s，S越大，说明反向恢复电流曲线越平缓，即曲线的软度越好。I_fm为正向通态电流，I_rm为反向恢复峰值电流。

传统的Si PiN功率开关二极管虽然具有较低的正向压降、较好的阻断能力、造价低廉、制作简单，然而它的反向恢复性能较差。为减少开态时的贮存电荷量获得较快的开关速度，常利用金和铂的扩散以及通过高能电子辐照等引入复合中心的方法减少少子寿命，这样又会造成二极管的硬恢复特性差及漏电流较大，同时也不易于集成。因此需要采用新材料和新结构解决这样的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速软恢复功率开关二极管，该二极管由L型N^-柱和L型P^-柱相互组合形成复合结结构，取代了传统的PiN二极管的i区结构，其快速软恢复特性得到了较大的提升，解决了现有技术中存在的传统PiN二极管的反向恢复峰值电流过大，反向恢复时间长以及反向恢复特性曲线软度因子小的问题。

本发明的另一个目的是提供一种快速软恢复功率开关二极管的制备方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种快速软恢复功率开关二极管，从下到上依次设置有阴极N⁺区、耐压层和阳极P⁺区，耐压层由复合结构成，复合结是由L型N^-柱和L型P^-柱组合形成的长方体结构。