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如何提高快恢復二極管的軟恢復特性?

作者:海飛樂技術 時間:2017-08-07 11:58

快恢復二極管
  快恢復二極管是一類很重要的開關器件,目前已在各種電子設備特別是開關電源中廣泛應用。隨著開關器件的不斷進步,工作頻率的不斷提高,對相關功率二極管性能的要求也越來越高,其中尤以與開關器件匹配使用的功率二根管要求最為特殊,該二極管的反向恢復特性,如反向恢復時間、反向恢復軟度,可顯著的減少功率損耗,由于IGBT VDMOS開關速度快,因此要求快恢復二極管不僅反向恢復要很快,而且要求軟特性,以避免產生高的電壓尖峰,避免產生射頻干擾和電磁干擾。
  如何提高器件的軟恢復特性成為快恢復二極管的新課題。我國至目前為止還沒有商業化的批量生產,成規模的IGBT封裝廠所用的快恢復二極管也完全依賴進口,因此實現該產品的穩定批重生產,對國內節能、變頻、及汽車電子等行業的國產化起著至關更要的作用。
  快恢復二管技術方案各家大同小異,但是解決器件軟特性硅外延材料的分布起著至關重要的作用,經大量的研究發現創作成n-nn+型外延緩沖層結構可以有效改善反向恢復的軟特性。n型為緩沖層。覆沖層形成雙基區,可以顯著改善二極管的軟度,在反向恢復過程中使得耗盡層到達緩沖層后擴展明顯減慢,這樣,經過少數載流子存儲時間之后。在緩沖層中還有大量的載流子未被復合抽走,使得復合時間相應增加。從而提
高二極管的軟度因子,因此緩沖層的結構及分布是生長快恢復二極管用外延材料的一個難點;另一個影響器件反向恢復的主要因素是材料缺陷,經反復的試驗及分析發現,來自直拉單晶硅襯底材料的間隙氧在器件工藝過程中會形成氧沉淀而對器件的少子壽命產生嚴重影響,進行影響器件的反向恢復時間。
  隨著硅片直徑的增大及步進式光刻機的廣泛應用。當采用8英寸硅襯底生長>100微米以上的外延層時,片內厚度偏差會導致全局平整度及局部平整度的變化會導致光刻無法對焦、背面多晶硅生長會導致背面平整度差而最終光刻時真空吸不住等問題。
  本文采用8苵寸低間隙氧電阻率<0.004歐姆、厘米的重摻砷111晶向硅襯底,外延生長快恢復二極管用外延材料。對于兩層之間的過渡及第一層和襯底之間的過渡區控制,采用摻雜漸變技術,使兩個過渡區精確可控,兩個外延層平坦、重復性好;同時采用背面處理技術,厚層生長時背面多晶硅也會生長,造成真空吸不住及平整度差等問題,而我們采用了邊緣特別處理及背面硅渣的處理技術,成功的解決了此問題;通過改進設備進氣口的設置,成功的解決了厚度均勻性控制問題。在材料生長過程中還會遇到因為厚層外延層和襯底材料間應力造成的形變及滑移等問題,通過控制基座高度、升溫速率、生長速率、襯底材料邊緣等成功的實現了100%無滑移的材料控制技術。產品參數典型結果為:厚度均勻性(EE10mm)<1.5%;電阻率均勻性(EE10mm)<2%;GBIR:<8um;STIR <1um,強光燈下100%無滑移,背面及邊緣平整度也達到了和國外同類產品相當的水平。
 
 




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