超级结JBS二极管特性的仿真分析

刘 勇，关艳霞，刘 亭，王卉如，邓 杰

（沈阳工业大学信息科学与工程学院，沈阳 110870）

1 引言

在各类常用电源电路中均需要使用开关器件来调节流向负载的功率流，例如通常会用到功率二极管来控制电流方向[1]。电源电路当前的发展趋势是日益高频化、集成化。众多高性能开关器件，如功率MOSFET 和IGBT 等[2]早已投入使用，然而传统功率二极管性能已经不足以匹配先进开关器件，在很大程度上限制了功率电路性能的发挥。传统的二极管主要可以分为单极型二极管和双极型二极管，其中，单极型器件高通态压降的特性不适用于高耐压应用；双极型器件从导通状态切换到截至状态，必须排出器件中所储存的载流子，这不仅使器件的开关速度降低，还导致器件的功耗较大。所以功率器件的使用中更倾向于使用单极型器件[3]。传统的单极型器件的功率较小，为进一步提高单极型二极管的功率，在此新设计一种超级结JBS 二极管，并对其特性进行仿真分析。

2 基本结构及工作原理

所设计的超级结JBS 二极管的基本结构如图1所示。该二极管的阳极由肖特基接触和周围的P 柱区组成；N 柱区域在肖特基接触的下方，并且与P 柱区域形成复合耐压层，底部N垣区域作为器件的衬底，并引出阴极。

图1 硅超级结JBS 二极管结构

当该超级结JBS 二极管工作在正向导通状态时，如果P 柱区的间距合理，在肖特基接触下方存在未耗尽的区域，此区域可以进行单极传导。因为硅器件的通态压降为0.45V，小于PN 结开启电压，所以二极管两端的压降不足以使PN 结导通，从而可以令器件依然保持肖特基二极管的正向特性；……