Конструкция мощных быстрых диодов

Мы должны установить различие между двумя основными типами диодов: диоды Шоттки и pin-диоды. Вo-первых, контакт металл-полупроводник служит запирающим переходом. При этом нет диффузного напряжения на pn-переходе как у pin-диодов; это обеспечивает меньшее падение напряжения по сравнению с pin-диодами, с очень тонкой n-зоной. При запирании диода, идеально должна зарядиться только зона пространственного заряда. Благодаря этому диоды работают на очень высоких частотах ( > 100 кГц). Это преимущество, однако, ограничено напряжениями < ~ 100 В. В этом диапазоне диод Шоттки наиболее подходящий для обратных диодов для MOS-транзисторов. Но при больших напряжениях

• будет соответственно расти падение напряжения, w_B возрастет и работает только один тип носителей заряда (однополярный), и
• будет соответственно расти ток утечки, что вызовет температурную нестабильность.

Рис. 1.28. Структуры диода Шоттки, pin-эпитаксиального и pin-диффузного диодов. Внизу: профиль примесей (схема)

Преимущества pin-диодов заметны при напряжениях выше 100 В. В выпускаемых сегодня диодах средняя зона не «i» (внутренняя), а n-типа с очень малой долей примеси (n^-) по сравнению с граничными зонами. В pin-эпитаксиальных диодах (рис.1.28, посредине) n^-зона отделена от высоко-примесной n⁺ подложки (эпитаксии). Тогда диффузной становиться р^-зона. По этой технологии можно получить очень малую толщину wB, до нескольких мкм, кремниевая подложка остается достаточно тонкой для обеспечения хорошей работы. С диффузией рекомбинационных областей (в основном диффузией золота) очень быстрые диоды можно, тем не менее, производить с малым падением напряжения благодаря малому w_B. Однако это напряжение будет всегда выше диффузного напряжения pn-перехода, 0,6-0,8 В. Основная область работы эпитаксиальных (эпи-) диодов лежит в диапазоне от 100 В до 600 В, некоторые производители выпускают эпи-диоды на 1200 В.

При напряжении более 600 В n^- зона расширяется до таких размеров, что может возникнуть диффузный pin-диод (правый рисунок)- р^- и n⁺ зоны диффундируют в n^- -подложку. Аналогично, рекомбинационные области необходимы для установления динамической характеристики.

Как для основного применения в силовых модулях при напряжениях более 100 В, pin-диоды более детально рассмотрены далее.