【摘 要】
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目前电力电子技术正向着轻型化、微型化、智能化、节能化发展,各种控制电路和不间断电源、开关电源的应用不断扩大。做为直接影响这些电路设计合理性和运行可靠性的高频高压快
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目前电力电子技术正向着轻型化、微型化、智能化、节能化发展,各种控制电路和不间断电源、开关电源的应用不断扩大。做为直接影响这些电路设计合理性和运行可靠性的高频高压快速软恢复二极管,其重要性得到了重新认识,同时其市场需求量也愈来愈大。但是其核心技术却依然掌握在ABB、英飞凌、富士等几个外企。我国政府和企业加大了快恢复二极管的立项研发投入。针对这种现状,本课题开展1200V高压大功率快恢复二极管器件设计和工艺研究。
在高压大功率FRD器件最重要的终端结构设计中,仔细研究了双曲线法和反向迭代优化法的优劣性,提出了优化多场板多场限环间距初值设置经验公式W1=0.4×Wlast+0.96×rj,提高了反向迭代优化法的效率。
在P+-N-N+功率二极管的动态特性研究中,从理论上分析了功率二极管零偏置时的瞬态响应,解释了这个瞬态变化过程中电流发生反向的原因。根据误差函数与初等函数的近似关系,得出功率二极管零输入态下正向恒定电流IF与反向电流峰值IRM的简约解析关系式(IRM/IF)=a+b×ln(IF+1)。在检测电路中引入反向平衡电流源,利用仿真软件Atlas获得瞬态仿真实验数据。通过MATLAB软件对仿真实验数据作拟合分析,并对简约式适用范围和相关结论进行验证。
在器件工艺研究中,采用掺入重金属铂(Pt)来控制快恢复二极管(FRD)少子复合寿命。同时考虑重金属铂(Pt)在N或P型硅中的补偿作用,通过调整工艺控制参数和器件结构设计参数,获得优化工艺条件,提高器件良率,改善器件的抗冲击能力。
采用外延双基区结构N1层(电阻率85Ω.cm,厚度80μm),N2层(电阻率30Ω.cm,厚度45μm)研制出了1200V快恢复功率二极管的样管。样管的静态参数和动态参数都满足了设计目标:反向击穿电压VBD=1380V@50μA;正向压降VF=1.286V@15A;反向恢复时间trr=84ns。
通过分析1200V高压功率快恢复二极管的流片实验结果,验证了仿真设计方法的有效性。同时,根据实测参数和仿真设计参数的差异,可以进一步校正仿真设计选用的模型参数。
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