electronica

INTRODUCCIÓN. Física de Semiconductores

TEMA 2. DIODO DE POTENCIA.
2.1. INTRODUCCIÓN.

ni

Concentración Intrínseca:

2.1.1. Física de semiconductores.

n = A0 ⋅ T ⋅ e
2
i

2.1.2. Unión p-n.
2.2. ESTRUCTURA BÁSICA. CARACTERÍSTICA ESTÁTICA.

3

−

qE G 0
kT

Para T=300ºK, ni=1.5 1010 elect./cm3

2.3. POLARIZACIÓN INVERSA.
2.3.1. Técnicas para elevar la tensión VRRMConcentración de Portadores Minoritarios:

p0 n0 = ni2 ; p0 + N d = n0 + N a

2.3.1.1. Biselado
2.3.1.2. Anillos de guarda
2.3.2. Características de Catalogo
2.4. POLARIZACIÓN DIRECTA.
2.5. CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS.
2.6. PÉRDIDAS EN LOS DISPOSITIVOS.
2.7. DIODO SCHOTTKY DE POTENCIA.

Tema 2. Diodo de Potencia. Transparencia 1 de 14

Minoritarios Mayoritarios

En un cristal tipo p:Material n

p0 ≈

ni2
Nd

n0 ≈ N d

ni2
p ≈ Na
Na y 0

Material p

n0 ≈

ni2
Na

p0 ≈ N a

n0 ≈

Recombinación de Portadores Minoritarios:

d (δn) δn
=
τ
dt

El valor de τ es muy importante para
conocer la velocidad de conmutación de un
dispositivo bipolar y sus pérdidas en
conducción.
τ sube con la Temperatura y con las
concentraciones de portadores muyaltas
(δn>nb ≈1017, Recombinación de Auger).
Control de centros de recombinación:
a) Impurezas de oro
b) Radiación con electrones (varios MeV)

Tiempo (s)

Tema 2. Diodo de Potencia. Transparencia 2 de 14

D

La anchura de la capa de deplexión es:
2ε Φ c (N A + N D )
W0 =
qN A N D
Donde Φ c es el potencial de contacto de la
unión p-n:
kT  N A N D 

Φc =
ln
q  ni2 

Ron

NA

ND

p

n

Gráficamente:

ESTRUCTURA BÁSICA. CARACTERÍSTICA ESTÁTICA
DEL DIODO DE TRES CAPAS
Diámetro=60÷150mm
Espesor=
0.3÷1 mm

INTRODUCCIÓN. Unión p-n

Tamaños aproximados de un diodo típico de alta tensión y alta corriente

Ánodo

W0 : Anchura de la
zona de deplexión

W0
El campo eléctrico máximo que
soporta el Silicio es teóricamente
300.000 V/cm, perodebido a
impurezas e imperfecciones de la
estructura cristalina, en la práctica
es de 200.000 V/cm.

10µm
NA=1019imp/cm3

p+

dRD
ND=1014imp/cm3

nFuertemente Dopado
Ligeramente dopado
Diodo Ideal

iD
1/Ron

n

1/Ron

250µm
ND=1019imp/cm3

+

Cátodo
VBD

VBD

dRD : Es función de la tensión inversa a soportar
Vγ

Vγ

vD

A : Área de la sección perpendicularal plano del dibujo, es
función de la corriente máxima
Sección de un diodo de potencia típico mostrando su estructura de tres capas.

Efecto de la concentración de impurezas en la tensión inversa y en la caída en
conducción

Tema 2. Diodo de Potencia. Transparencia 3 de 14

Tema 2. Diodo de Potencia. Transparencia 4 de 14

ESTRUCTURA BÁSICA. CARACTERÍSTICA ESTÁTICA
DEL DIODO DE TRESCAPAS

POLARIZACIÓN INVERSA.
Area

a) En polarización inversa: la unión formada por las capas p n al estar poco
dopada soporta una tensión muy elevada.
b) En polarización directa: la circulación de electrones desde la capa n+
inunda de electrones la capa n- con lo que desde el punto de vista de la
caída en conducción es equivalente a un diodo muy dopado.

n

VBD

E

-

n-

EmaxVγ ≅ 1V

vD

Curva característica estática del diodo de potencia.

Diodos Zener
de potencia

p+
E

1/Ron

Rectificadores
de alta tensión
Propósito
general
Rápidos
(fast recovery)
Diodos
Schottky

= Conexión metálica (ánodo y cátodo)

p+

iD

Tipo de Diodo

= Extensión de la zona de deplexión

Area

+ -

= Potencial Externo Aplicado =-∫Edx

Area

Laestructura de tres capas permite:

Máxima
Velocidad
Máxima Caída en
tensión de
de
Aplicaciones
corriente conducción
ruptura
conmutación
Circuitos de
30kV
~500mA
~10V
~100nS
alta tensión
Rectificadores
~5kV
~10kA 0.7 - 2.5 V
~25µS
50 Hz
Circuitos
~3kV
~2kA
0.7 - 1.5 V
(V1 − V2 )
da

Para un diodo de 1000V, es aprox.
Wdep=100µ, luego R=600µ.
Como Wdiff ≈R, el tiempo de...