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1、什么是功率二极管

二极管最简单的半导体器件，只含一个PN结。利用PN结的单向导电性，完成整流，续流，钳位等功能。

我们最常用的功率二极管是硅管！首先明确，我们这一系列关注的是功率器件，其稳定性是最重要的，锗半导体二极管虽然压降低。随着温度的升高性能变化大。加之其漏电轴也比较大。 所以功率器件中我们应用到的和今天要讨论讨论的是硅管，而不是锗管。

2、二极管的电特性

二极管的电特性，如上图所示正向偏置二极管导通的时候，VF很低，流过的很大。在反向截止的时候，只要反向电压低于它的耐压，它的漏电流非常小，具有单向导电性。下图展示了二极管正向恢复特性和反向恢复特性。

3、PN结的电容

势垒电容（耗尽层电容Cj）产生原因：

• PN结加反向偏压时，耗尽层（空间电荷区）宽度随电压变化而改变，相当于一个平行板电容。随着反偏电压越大→耗尽层越宽→势垒电容会迅速越小。

扩散电容（Cd）产生原因：

• PN结正向偏置时，结区两侧大量载流子注入并存储，电荷储存量随电压变化产生电容效应， 随正向电流增加而快速增大。扩散电容会影响反向恢复时间，它限制了二极管的开关速度，也是开关损耗的来源之一。

4、电导调制现象

电导调制是PN结能有较低的管压降的主要功臣，其产生的原理是：PN结在导通状态时，大量的少子（P的空穴，N+区的电子电子或空穴）被注入到漂移区中。漂移区本来是一个电阻很大的轻掺杂N-区其载流子浓度大幅增加，下图中示意了这一过程：

• 这一现象的优点：可以显著降低导通压降，导通损耗低；
• 这一现象的缺点：反偏时，二极管要恢复截止时，存储在漂移区的大量少子需要复合→关断速度慢，导致托尾（tail current）产生关断损耗，和高di/dt。

5、二极管的温度特性

我们观察正向管压降，和反向漏电流随温度变化的曲线，可以发现：

相同电流的情况下，温度升高，管压降下降；反向漏电流随温度升高而升高，且升高的幅度较大

6、PN结的失效

PN结的失效有以下几种：

1. 散热器不合适，安装不到位，都会引起结温过高， 发生热失效。
2. 电流过大（段时间），超出规格较多，会产生过流失效。原因来不及散热 本质上是热失效。
3. 反压过高会导致其击穿  - 雪崩击穿，齐纳击穿

7、PN结的偏置

PN结不同的偏置下其结的宽度是不一样的。

• 正偏置的PN结：空间电荷区内电场与外电场反向相反，而被消弱，空间电荷区变窄，电容变大，电流形成通路，同时产生功耗。
• 负偏置的PN结：外加电场左负右正，内电场与外加电场同向，空间电荷区宽度展宽，稳态只有很小的漏电流。

8、PN结的穿通

在前文中我们介绍了PN结所存在的雪崩击穿和齐纳击穿，下面我们介绍一下另外一种：穿通失效。

为同时满足正反两种偏置性能的要求，通常PN结一侧采用高浓度掺杂。空间电荷区向掺杂浓度低的一次（图中N区）展开，单边结轻掺杂区的电阻较高，所以所以设计时希望降低其宽度。

随着反向的升高，空间电荷区宽度加大。反向到达一定程度，空间电荷区与负极金属接触，PN结失效，电流急剧大。

穿通现象，是设计电路时其最高反向电压要留有余量的原因，同时在厂家设计二极管时，高耐压和高效率的需求是矛盾的，我们为了要实现高耐压，就一定要把这个N-型区做的厚一些，以防止穿通。后果就是，随着这个厚度的增加，整体的电阻增加，管压降上升，效率就会降低，所以最终我们到手的产品是设计折中的一个产物。

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以上就是为大家系统讲解的，有关功率二极管的工作原理、电特性与动态行为、温度与失效机理，以及在耐压、效率和可靠性之间的设计权衡，希望对大家有所帮助。

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