VÝKONOVÉ DIODY 5000 A 0,1 A I FAV 50 V U RRM V

Transkript

1 VÝKONOVÉ DIODY Výkoové polovodičové diody se v aplikacích používají k zabezpečeí průchodu proudu jedím směrem, ejčasěji k usměrňováí sřídavého proudu.,1 A I AV 5 A 5 V RRM 1 V Věkerých aplikacích je požadová rychlý přechod z propusého savu do závěrého savu a aopak.

2 PROPSTNÝ STAV VÝKONOVÉ DIODY Při polarizaci v přímém směru, bude diodou proéka proud I. Na diodě se usaví úbyek apěí Závislos f(i azýváme propusou charakerisikou diody + + P Úbyky apěí a přechodech P + I a N + I N I P + N kt e l H Úbyek apěí a sředí oblasi I je z ejvěší čási dá odporem, kerý klade průchodu proudu oblas mezi krajími vrsvami P + a N +. Podle Ohmova zákoa plaí E /γ, kodukivia γ e(µ +pµ p

3 d d a x L Rozložeí kocerace erovovážých osičů lze získa pomocí rovice koiuiy L D a a H τ D D D a p p p µ µ µ µ Proud přechody P + I a N + I je difúzí / d d ed x w p / d d ed x w ( + a a p p a a L w L x L w L x el x cosh sih sih cosh a H µ µ µ µ τ

4 Elekrické pole ve sředí oblasi je možo vyjádři vzahem E ( x e kt d ( µ + µ ( x e ( x µ + µ dx p µ µ p p Napěí a sředí oblasi je možo získa iegrací I w / w / E( x dx edoduché řešeí je možo získa pro případ w/l a >> 1 a µ /µ p b I π b kt e exp w L B kt e exp w L ( b + 1 a a Při vysoké koceraci dochází k rozpylu osičů a osičích, klesá pohyblivos µ Důsledkem rozpylu osičů a osičích je růs úbyku apěí I s rosoucí proudovou husoou. K1 l + K H m,5 < m <,75

5 K K 1 + K l 1 H + K l + K m m pro w > L K w L ~ exp Pro zjedodušeí obvodových simulací se V-A charakerisika diody ahrazuje přímkou + ( TO r T I I AV je ypový (jmeoviý proud r T π I AV r T rose s poměrem w/l (T klesá s rosoucí eploou r T rose s rosoucí eploou

6 ZÁVĚRNÉ VLASTNOSTI DIODY Velikos maximálího dosažielého průrazého apěí srmého roviého přechodu PN (pro N A >> N D Dosažielé průrazé závěré apěí R(BR BR je omezeo způsobem zakočeí přechodu PN BR ε rε E en BR D Zkoseí povrchu N Oblas prosorového áboje přechod P + Přechod P + Oblas prosorového áboje N

7 ε ε E Pro vysoké průrazé apěí BR je zapořebí r BR BR maeriál o ízké koceraci doorů N D end velká šířka oblasi prosorového áboje a edy i velká w N. velká vzdáleos w mezi emiory N + a P +. Požadavek současého dosažeí vysokého R(BR a ízkých propusých zrá je koflikí. Nízké úbyky apěí je možo dosáhou pouze při zachováí dlouhé doby živoa erovovážých osičů τ vprůběhu echologického procesu Normálí kosrukce (NPT e N D R( BR EBRd N d ε ε I N Kosrukce se slačeým polem (PT e N Dν R( BR EBRwN wn ε ε I

8 Výhody PT kosrukce: je možo sejého závěrého apěí dosáhou při meší vzdáleosi w krajích N + a P + vrsev, čemuž odpovídá ižší propusé apěí při sejé proudové husoě a sejé době živoa osičů, je možé dosáhou sejého závěrého apěí a sejé propusé charakerisiky při kraší době živoa osičů. Nevýhody PT kosrukce: problém povrchového zakočeí přechodu PN možos vziku oscilací v průběhu procesu závěrého zoaveí

9 Pro každý yp součásky je saove (s ohledem a epelou sabiliu rozsah přípusých provozích eplo maximálí opakovaelý závěrý proud I RRM,< I RM opakovaelé závěré apěí RRM, ejvyšší přípusé okamžié apěí, kerým je možé periodicky zaěžova součásky v závěrém směru v celém rozsahu pracovích eplo.. I AV (A I RM (ma

10 DYNAMICKÉ PROCESY VE VÝKONOVÝCH DIODÁCH Rozložeí kocerace osičů v objemu součásky v propusém a závěrém savu se výrazě liší Propusý sav oblas mezi emiory N + a P + zaplavea erovováými osiči Závěrý sav a přechodu PN oblas prosorového áboje zcela zbaveá volých osičů

11 PŘECHOD ZE ZÁVĚRNÉHO DO PROPSTNÉHO STAV (zapíací proces Vějším zdrojem je v obvodu vyuce árůs propusého proudu s vysokým di /d. Viří vrsvy jsou posupě zaplavováy osiči ijekovaými z krajích N + a P + vrsev ( ( ( ( ( ( ( ( u u u u u u u u Dem Ohm N P I N P fr - doba propusého zoaveí

12 PŘECHOD Z PROPSTNÉHO DO ZÁVĚRNÉHO STAV (vypíací proces Při změě směru proudu v obvodu zbývá v bázi diody áboj erovovážých osičů s f I.5 I rrm I rrm - RW Teprve až klese vlivem odvedeí a rekombiace kocerace osičů v mísě přechodu PN a rovovážou hodou, může se a přechodu PN začí vyváře oblas prosorového áboje a dochází k zoaveí závěrých vlasosí diody.

13 Možosi řešeí: Řešeí rovice koiuiy okrajové podmíky x (, x (, 1 ( x, + τ e x ( ed (, x současě s Poissoovou rovicí dive r div grad e( p + N ε ε r D NA Numerické simulace Řešeí v přiblížeí ábojové aalýzy Dává semikvaiaiví výsledky dq d Q i ( τ H

14 dq d Q i ( τ V propusém savu diodou prochází kosaí proud I Q( esliže Q( H ( 1 i I I τ τ H τ H 1 exp τ H H + I 1 blas prosorového áboje se vyvoří, když áboj klese a hodou Q 1 v čase + s, y proud dosáhe hodoy I rrm. τ > + s eff wrτ τ Cπ D * H * H a + w R + ( exp s i I rrm τ eff w R w N d je šířka oblasi, ve keré zůsávají erovovážé osiče po vyvořeí oblasi prosorového áboje a přechodu PN

15 Proces závěrého zoaveí bývá obvykle charakerizová dobou závěrého zoaveí rr a ábojem závěrého zoaveí (komuačím ábojem Q rr. ( rr Qrr i d Q rr 1 I rrm rr 1 s di d rr

16 Pokud je dioda zapojea do série s idukčosí, vziká v průběhu procesu závěrého zoaveí vlivem přerušeí průchodu proudu a diodě přepěí, e-li maximálí pracoví apěí RW ( di d rrm RW 1+ RW 1 + dir d s f diod s PT kosrukcí mohou vzikou vysoká přepěí, případě výrazé oscilace

17 Diody s měkkým zoaveím (sof diodes Pro dosažeí měkkého zoaveí ( f > s je řeba síži koceraci osičů a sraě P + Toho je možo dosáhou τ cos Sížeím doby živoa pod emiorem P + (ozařováí prooy, He ++, difúze Ir, apod. B Sížeím ijekčí účiosi emioru P +

18 Výkoové Schokyho Diody Přeos áboje v Schokyho diodách je realizová majoriími osiči Časové kosay zapíáí a vypíáí spojey pouze s abiím kapaciy oblasi prosorového áboje a přechodu polovodič kov A - + K Důležiým paramerem je rezisivia ρ N V 3 4 BR ρ N RS ρ - 1 N C ρ N W V BN W c W v S rosoucím ρ N rose průrazé apěí, rose časová kosaa R s C a zhoršuje se propusá charakerisika V B R N R N+ R c A A - + Epiaxial layer Subsrae p + + K p + K

19 (b Rychlá dioda může bý realizováa paralelí iegrací MNN+ Schokyho diody a P+NN+ diody (ozačuje se MPS, SPIN, BS. A 1 1 A/mm 1-1 MPS diode p diode Schoky diode p + Schoky diode A (a K V V (c K i 5 µm Schoky MPS PIN p + Schoky diode