1.2.4. Основные типы силовых диодов

По основным параметрам и назначению диоды принято разделять на три группы: общего назначения, быстро восстанавливающиеся и диоды Шоттки.

Диоды общего назначения имеют допустимые значения обратного напря­жения до 10 кВ и прямого тока до 8 кА. Массивная структура диодов ухудшает их быстродействие. Поэтому время обратного восстановления диодов находится в диапазоне 25—100 мкс, что ограничивает их использование в цепях с частотой выше 1 кГц. Как правило, они применяются в промышленных сетях частотой 50 (60) Гц. Прямое падение напряжения на диодах этой группы достигает 2,5—3 В для приборов, рассчитанных на большие обратные напряжения. Диоды большой мощности выпускаются в различных корпусах. Наиболее рас­пространены штыревая и таблеточная конструкции.

Быстро восстанавливающиеся диоды. При производстве этой группы диодов используются различные технологические методы, уменьшающие время их обрат­ного восстановления. В частности, применяется легирование кремния методом диф­фузии золота или платины. Благодаря этому удается снизить время обратного вос­становления до 3—5 мкс, при этом снижаются допустимые значения прямого тока и обратного напряжения. Напряжение может быть повышено при сохранении быстродействия за счет использования структуры диода с промежуточ­ным слоем из кремния. Этот слой называется i-слоем, а структура диода с таким слоем обозначается р- i- п. Диоды с такой структурой имеют также меньшее паде­ние напряжения в проводящем состоянии по сравнению с диодами р-п.

Текущее состояние и возможности быстро восстанавливающихся диодов (БВД) определяют «канавочные» (траншейные — trench) структуры, ячеистые pin-диоды Шоттки, технологии облучения для умень­шения времени жизни и регулирова­ния эффективности эмиттера. Пре­дельное блокирующее напряжение для БВД составляет 6,5 кВ, в ближайшее время ожидается появление БВД на 8 кВ. Быстро восстанавливающиеся диоды, произведенные из других мате­риалов, существуют уже несколько лет. Диоды из арсенида галлия (GaAs) заня­ли свою специфическую нишу на рын­ке и будут оставаться там. В на­стоящее время на рынке есть SiC дио­ды (Шоттки) на напряжения до 1200 В и токи до 20 А. В ближайшее время ожидается промышленное производст­во SiC-БВД на 2500 В/100 А, а к концу десятилетия — 5 кВ/200 А [6]. К концу десятилетия возможно также появле­ние БВД на основе GaN и алмазных плёнок. Допустимые значения тока составляют 1 кА, обратного напряжения — до 3 кВ. Быстро восстанавливающиеся диоды напряжением до 1000 В и током 150 А имеют время обратного восстановления 0,1—0,5 мкс. Такие диоды используются в импульсных и высокочастотных цепях (свыше 10 кГц). Конструкции диодов этой группы подобны конструкциям диодов общего назначения. На токи до нескольких десятков ампер диоды выпускаются в корпусе для поверхностного монтажа (рис. 1.10, в).

Быстро восстанавливающиеся диоды эффективно используются в комплекте с транзисторами и запираемыми тиристорами в качестве встречновключенных, а также в ЦФТП этих приборов.

Диоды Шоттки. Принцип действия диодов Шоттки основан на свойствах области перехода между металлом и полупроводниковым материалом. Для сило­вых диодов в качестве полупроводника используется обедненный слой кремния «n -типа. При этом в области перехода со стороны металла накапливается отрица­тельный заряд, а со стороны полупроводника — положительный. Особенностью диодов Шоттки является то, что прямой ток обусловлен движением только основ­ных носителей заряда — электронов. Диоды Шоттки, таким образом, являются униполярными приборами с одним типом основных носителей заряда. Незначи­тельное число неосновных носителей заряда существенно уменьшает инерцион­ность диодов. Время восстановления составляет не более 0,3 мкс, падение прямого напряжения примерно 0,3 В. Значения обратных токов в этих диодах на 2—3 порядка выше, чем в диодах с n-p-переходом. Диапазон предельных обратных напряжений ограничивается напряжением 100 В. Диоды Шоттки используются в высокочастотных и импульсных цепях низкого напряжения. Диоды Шоттки выполняются в керамических или пластмассовых корпусах с металлическим теп-лоотводящим основанием.

Вопросы для самоконтроля

1. За счет каких процессов образуется ОПЗ?

2. Какие заряды являются основными в р - области?

3. Чем отличается сопротивление диода постоянному току от динамического?

4. Назовите преимущества и недостатки диодов Шоттки.

5. В каких случаях следует использовать быстро восстанавливающиеся диоды?