功率二極管結(jié)構(gòu)和工作原理

1、功率二極管結(jié)構(gòu)和工作原理在本征半導(dǎo)體中摻入 P型和N型雜質(zhì)，其交界處就形成了PN結(jié)，在PN結(jié)的兩端引出兩個(gè)電極，并在外面裝上管殼，就成為半導(dǎo)體二極管。如果一雜質(zhì)半導(dǎo)體和金屬形成整流接觸， 并在兩端引出兩個(gè)電極，則成為肖特基二極管。二極管的結(jié)構(gòu)和工作原理：PN結(jié)的形成及二極管的單向?qū)щ娦悦枋鋈缦拢喝缦聢D1所示，對(duì)于一塊純凈的半導(dǎo)體，如果它的一側(cè)是P區(qū)，另一側(cè)為N區(qū)，則在P區(qū)和N區(qū)之間形成一交界面。 N區(qū)的多子（電子）向 P區(qū)運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的多子（空穴）向 N區(qū) 運(yùn)動(dòng)，這種由于濃度差異而引起的運(yùn)動(dòng)稱為“擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)”。擴(kuò)散到P區(qū)的電子不斷地與空穴復(fù)合，同時(shí)P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，并與N區(qū)中的電子復(fù)合。交界面

2、兩側(cè)多子復(fù)合的結(jié) 果就出現(xiàn)了由不能移動(dòng)的帶電離子組成的“空間電荷區(qū)”。N區(qū)一側(cè)出現(xiàn)正離子區(qū)，P區(qū)一側(cè)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，正負(fù)離子在交界面兩側(cè)形成一個(gè)內(nèi)電場(chǎng)。這個(gè)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用的同時(shí)， 又有利于N區(qū)的少子（空穴）進(jìn)入P區(qū)，P區(qū)的少子（電子）進(jìn)入N區(qū)， 這種在內(nèi)電場(chǎng)作用下少子的運(yùn)動(dòng)稱為“漂移運(yùn)動(dòng)”。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)有助于內(nèi)電場(chǎng)的加強(qiáng)，內(nèi)電場(chǎng)的加強(qiáng)將阻礙多子的擴(kuò)散，而有助于少子的漂移，少子漂移運(yùn)動(dòng)的加強(qiáng)又將削弱內(nèi)電場(chǎng)，又有助于多子的擴(kuò)散，最終擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)必在一定溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。即在單位時(shí)間內(nèi)P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴數(shù)量等于由 P區(qū)漂移到N區(qū)的自由電子數(shù)量，形成彼此大小相等， 方向相反的漂移

3、電流和擴(kuò)散電流，交界面的總電流為零。 在動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，交界面兩側(cè)缺少載流子的區(qū)域稱為“耗盡層“，這就形成了PN結(jié)。 o o!g*o*o Q 10 O. 0 10*0*0 o!6o !g 0,0J內(nèi)jaji丨恢JL圖2外捕疋向電圧時(shí)的PN細(xì)如圖3所示，當(dāng)PN結(jié)處于反偏，即P區(qū)接電源負(fù)端，N區(qū)接電源正端時(shí)，外加電場(chǎng)與PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)方向相同，內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，耗盡層變寬，打破了 PN結(jié)的平衡狀態(tài)，使漂移占優(yōu)勢(shì)。 兩區(qū)的少子在內(nèi)電場(chǎng)作用下漂移過PN結(jié)形成了反向電流。 因?yàn)樯僮訚舛群艿停?所以反向電流很小，而且在溫度一定時(shí)，少子的濃度基本保持恒定，故又稱反向電流為反向飽和電流， 用Is表示。反偏的PN結(jié)所呈現(xiàn)的

4、反向電阻很大，稱為“反向截止”。1 LP11O 0 O Q e*S!-O QO G? I olO O e卜O r.O IQ0 0 .lx內(nèi)電塢dft幗？ 外加反向電壓時(shí)的卩N結(jié)由以上分析可知，PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，表現(xiàn)為正向?qū)?；外加反向電壓時(shí)，表現(xiàn)為反向截止，這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。PN結(jié)具有一定的反向耐壓能力，但當(dāng)施加的反向電壓過大，反向電流將會(huì)急劇增大，破壞PN結(jié)反向偏置為截止的工作狀態(tài)，這就叫反向擊穿。反向擊穿按照機(jī)理不同有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種形式。反向擊穿發(fā)生時(shí)，只要外電路中采取了措施，將反向電流限制在一 定范圍內(nèi)，則當(dāng)反向電壓降低后PN結(jié)仍可恢復(fù)原來的狀態(tài)。但如果反向電流未被限

5、制住，使得反向電流和反向電壓的乘積超過了PN結(jié)容許的耗散功率，就會(huì)因熱量散發(fā)不出去而導(dǎo)致PN結(jié)溫度上升，直至過熱而燒毀，這就是熱擊穿。PN結(jié)中的電荷量隨外加電壓而變化，呈現(xiàn)電容效應(yīng)，稱為結(jié)電容C-，又稱為微分電容。結(jié)電容按其產(chǎn)生機(jī)制和作用的差別分為勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容Cm勢(shì)壘電容只在外加電壓變化時(shí)才起作用，外加電壓頻率越高，勢(shì)壘電容作用越明顯。勢(shì)壘電容的大小與 PN結(jié)截面積成正比，與阻擋層厚度成反比，而擴(kuò)散電容僅在正向偏置時(shí)起作用。在正向偏置時(shí)，當(dāng)正向電壓較低時(shí)，勢(shì)壘電容為主；正向電壓較高時(shí)，擴(kuò)散電容為結(jié)電容主要成分。結(jié)電容影響PN結(jié)的工作頻率，特別是在高速開關(guān)的狀態(tài)下， 可能使其單向?qū)щ娦?/p>

6、變差， 甚至不能工作, 應(yīng)用時(shí)應(yīng)加以注意。4所示。P區(qū)的引出線在PN結(jié)的兩端引出兩個(gè)電極，并用管殼封裝便就成為二極管，如圖 稱為陽(yáng)極，N區(qū)的引出線稱為陰極。HLMLNd圉4半導(dǎo)體極晉的結(jié)構(gòu)，圖形苻號(hào)WR町圖彩符號(hào)功率二極管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理與普通的小功率二極管均是一樣的，都是由半導(dǎo)體PN結(jié)構(gòu)成的，具有單向?qū)щ娦?，在電路中起正方向?qū)娏?、反方向阻斷電流的作用。功率?極管的電氣符號(hào)與普通二極管也一樣，如圖4所示。與普通二極管不同的是功率二極管的PN結(jié)面積較大，因此過流能力增強(qiáng)了，可以通過較大的電流。功率二極管的導(dǎo)通和截止不能通過控制電路進(jìn)行控制，而是完全取決于其兩端外加電壓的方向和大小，因此成為不可控器件。由于功率二極管正向?qū)〞r(shí)要流過很大的電流，其電流密度較大，因而額外載流子的注入水平較高，電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)不能忽略，而且其引線和焊接電阻的壓降等都有明顯的影響；再加上其承受的電流變化率 di/dt較大，因而其引線和器件自身的電感效應(yīng)也會(huì)有較大影響。此外，為了提高反向耐壓，其摻雜濃度低也造成正向壓降較大。這些都使得功率