第一个二极管元件,可以有条件地称为功率半导体二极管,是在20世纪20年代以铜-氧化铜整流接触为基础发明的。一个二极管元件的反向电压不超过8 V,然而,它可以串联连接元件。允许电流的范围从几百毫安到几安培。

在20世纪30年代,以硒为基础的整流器被创造出来,这成为当时功率整流器的一个真正的元素基础,并被一些美国和欧洲的公司.从20世纪50年代开始,世界上开始发展以锗和稍晚一些的硅为基础的功率半导体二极管。这些二极管已经具有从几十伏到几百伏的反向电压和高达几十安培的电流。

在1960-1970年期间,硅技术在生产中占主导地位功率半导体.二极管也不例外,到目前为止,它们主要由硅生产,并在提高电压、电流、频率和脉冲特性方面正在发展。

自20世纪90年代以来,使用宽带隙半导体材料的功率半导体二极管得到了相当迅速的发展,主要是使用碳化硅的肖特基二极管。然而,由于它们的高成本,这些二极管的使用仍然相当有限,而且目前还没有改变主导二极管技术。

P-N结功率半导体二极管

功率电子学中应用最广泛的二极管是p-n结二极管。具有p-n结的功率二极管的特征是在p-n结和结构表面(阳极和阴极)之间存在至少一个轻掺杂的高阻层。

P-N结功率半导体二极管

肖特基二极管

肖特基二极管,以及具有p-n结的功率半导体二极管,包含提供高阻塞电压所需的轻掺杂高电阻层,以及从阴极侧邻近的重掺杂n⁺层,提供低电阻接触。然而,与具有p-n结的二极管不同,半导体结构不包含p层。肖特基二极管中的整流功能是通过金属-半导体阳极接触来实现的。

因此,肖特基二极管是一种具有单极导,解释了它的优点和缺点比较功率二极管与p-n结。

肖特基二极管

在其工作过程中,肖特基二极管结构的轻掺杂层中没有非平衡过剩电子空穴对的积累,因此该层的电阻不会随着直流电的增加而减小。因此,只有在n毒血症(n毒血症)层的厚度足够小的情况下,才有可能获得一个可接受的低正向压降,这对允许的反向电压的数量有很大的限制。

因此,对于硅基肖特基二极管,最大阻塞电压不超过1000 V,而允许的正向电流密度比在相同反向电压下设计p-n结的二极管低一个数量级。

没有多余电子-空穴对的积累有一个积极的结果。因此,肖特基二极管在从导电状态到阻塞状态的转变过程中具有极低的能量损耗。因此,肖特基二极管的频率特性与具有p-n结的二极管相比有显著的优势。

在很大程度上,在肖特基功率二极管中使用宽带隙半导体材料可以平滑正向和反向电压的冲突比,同时保持高频率特性。