基于电荷耦合效应的超级结JBS二极管的仿真分析

为提升现代单极型功率二极管的性能,进一步突破“硅极限”,通过加大传统JBS二极管中P+区结深,引入超级结结构以减薄芯片厚度,缓解传统单极型器件通态压降与反向阻断电压之间的矛盾,提高单位面积器件的导通电流密度。使用数值方法分析了超级结JBS二极管中P柱区浓度、N柱区宽度和N柱区浓度对正向导通特性以及反向阻断特性的影响,应用电场耦合效应理论分析了超级结JBS二极管的正向导通和反向阻断机理,设计了一款300 V的超级结JBS二极管。

MPS二极管特性折衷的研究

在开关电源或逆变电路中,快速软恢复二极管得到大量的使用。传统的PIN二极管存在着大反向恢复峰值电流和硬恢复特性的问题,因此具有低阳极注入的二极管结构被提出,例如PN结和肖特基接触相结合的混合PIN肖特基二极管MPS。以1200V MPS二极管为例,对其正向导通特性、反向阻断特性和反向恢复特性进行了研究。通过对MPS二极管的元胞面积和肖特基区面积的优化,实现了MPS二极管的正向导通电压和反向恢复存储电荷良好的折衷,与肖特基二极管相比,MPS二极管兼有较小的反向漏电流。通过对MPS二极管结构参数进行优化,使其具有更好的快速软恢复特性。

超级结JBS二极管特性的仿真分析

为实现反向阻断特性和正向导通压降的折衷优化、提高单极型二极管功率,通过增加结型势垒控制肖特基二极管P柱区域结深,在JBS二极管中引入超级结结构。以300V耐压超级结JBS二极管为例分析其工作原理并建立模型,使用Silvaco软件对其反向阻断特性、正向导通特性、反向恢复特性进行仿真。通过仿真得出的反向阻断特性分析超级结结构对二极管器件中二维电场分布的影响,并结合仿真,阐述JBS二极管的结构及工作特色,论证其相比于肖特基二极管、JBS二极管的优势所在,为新型功率二极管的设计提供参考思路。