通常，額定電流超過1安培的半導(dǎo)體器件稱為功率半導(dǎo)體。它們阻斷電壓范圍從幾伏一直到上萬伏。在眾多的功率半導(dǎo)體器件中，功率二極管是相對(duì)簡(jiǎn)單的一種器件，但它同時(shí)也是在電力電于電路中應(yīng)用最為廣泛的一種常用基礎(chǔ)器件。它不僅應(yīng)用于簡(jiǎn)單的整流電路，同時(shí)也常常用作續(xù)流二極管(簡(jiǎn)稱FWD)，簡(jiǎn)單的單相半橋式逆變電路中，與可控的開關(guān)器件匹配，反并聯(lián)使用，以繼續(xù)維持感性負(fù)載上的電流，防止由于電流的突然跌落產(chǎn)生的電壓尖峰。這種FWD的使用，在開關(guān)電源、變頻電源、不間斷電源、變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)等很多應(yīng)用場(chǎng)合大量存在。

快恢復(fù)二極管具有反向阻斷時(shí)高耐壓低漏電流，正向低通態(tài)電阻大電流的特點(diǎn)。由于作為開關(guān)使用，因此一般需要其開關(guān)速度較快。另外，適當(dāng)選擇續(xù)流二極管的特性，尤其是反向恢復(fù)特性，如反向恢復(fù)時(shí)間和反向恢復(fù)軟度，能夠顯著減少開關(guān)器件、二極管和其他電路元件的功耗，并減小由續(xù)流二極管引起的電壓尖峰、電磁干擾，從而盡量減少甚至去掉吸收電路。

功率二極管與普通二極管的區(qū)別在于它具有額定工作電流大，阻斷電壓高的特點(diǎn)。因此，為了實(shí)現(xiàn)高耐壓，不能使用普通的PN結(jié)結(jié)構(gòu)，而是普遍采用P-i-N結(jié)構(gòu)。

P-i-N結(jié)構(gòu)的二極管，在普通的PN結(jié)之間加了一個(gè)i區(qū)，代指輕摻雜的半導(dǎo)體區(qū)。由于PN結(jié)是通過耗盡區(qū)的擴(kuò)展來承受壓降的，因此，由泊松方程可知，耗盡區(qū)內(nèi)的凈電荷密度越小，電場(chǎng)斜率就越小，而又由于電場(chǎng)峰值處在PN結(jié)處，因此，輕摻雜一側(cè)的半導(dǎo)體耗盡后，場(chǎng)下降緩慢，電壓為電場(chǎng)在位置上積分，便可以承受較大的電壓。因此，最好，在PN結(jié)之間有一個(gè)本征區(qū)，這樣，電場(chǎng)就可以平著一段距離，以實(shí)現(xiàn)較大耐壓。i代表本征區(qū)的含義，但本征半導(dǎo)體在實(shí)際工藝中是不現(xiàn)實(shí)的，因此，i區(qū)實(shí)際上是一個(gè)輕摻雜的半導(dǎo)體區(qū)。通常，這個(gè)i區(qū)是輕摻雜的N區(qū)，原因主要有兩個(gè)：一是，通過使用中子嬗變的工藝，可制造出摻雜濃度低且非常均勻的N型摻雜;二是，對(duì)于同一給定電壓級(jí)別，P+N結(jié)制成的器件厚度比N+P結(jié)制成的器件厚度要薄，同時(shí)器件功耗是與它們的厚度平方約成正比增加的。前面已經(jīng)提到了P-i-N結(jié)構(gòu)的P+N結(jié)區(qū)了，下面介紹剩下的N區(qū)的必要性。

對(duì)于半導(dǎo)體與金屬電幾的接觸，由于N型半導(dǎo)體不像P型半導(dǎo)體可以低摻雜一樣容易與金屬形成良好的歐姆接觸，與其摻雜濃度低于1019cm-3時(shí)就會(huì)產(chǎn)生較高的接觸電阻，因此，i區(qū)不能直接與金屬電極相連，以免產(chǎn)生較大壓降及過多功耗。通過在輕摻雜的i區(qū)側(cè)添加一個(gè)重?fù)诫s的N+層，便可以解決該問題。這也就形成了功率二極管P-i-N的基本結(jié)構(gòu)。由于反偏狀態(tài)下，PN結(jié)結(jié)角處會(huì)有電力線集中，因此簡(jiǎn)單的P-i-N二極管通常其耐壓值更遠(yuǎn)小于相應(yīng)的理想平行平面結(jié)的耐壓。為了改善其耐壓特性，通過引入結(jié)終端技術(shù)，回采用分壓場(chǎng)環(huán)、保護(hù)環(huán)、場(chǎng)板、或使用臺(tái)面結(jié)構(gòu)、正斜角、負(fù)斜角終端來提高終端效率，實(shí)現(xiàn)最大程度的耐壓。

快恢復(fù)二極管正向的低阻，是通過PN結(jié)正偏時(shí)，向i區(qū)注入大量的等離子體，這些過剩的載流子濃度遠(yuǎn)超過i區(qū)平衡時(shí)的載流子濃度，形成對(duì)i區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制來實(shí)現(xiàn)的。然而，這些注入的大量過剩載流子，在PN結(jié)反偏，也就是二極管關(guān)斷時(shí)，卻會(huì)大大拖慢器件的關(guān)斷時(shí)間。由于i區(qū)通常要有一定的厚度來維持耐壓，因此，器件在正偏工作時(shí)里面儲(chǔ)存的少數(shù)載流子需要通過漂移、復(fù)合才能消失，但這是需要一定時(shí)間的，這也就形成了功率二極管的反向恢復(fù)過程。由于快恢復(fù)二極管通常與其他開關(guān)器件反并聯(lián)使用，反向恢復(fù)過程嚴(yán)重制約了器件的高額性能，極大影響到其他器件以及整個(gè)系統(tǒng)的工作頻率及性能，因此需要極力減小、消除。

摻雜的i區(qū)側(cè)添加一個(gè)重?fù)诫s的N+層，便可以解決該同題。這也就形成了快恢復(fù)二極管P-i-N的基本結(jié)構(gòu)。

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審核編輯：湯梓紅