引 言

　　快恢復(fù)二極管(簡(jiǎn)稱FRD)是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短的半導(dǎo)體二極管。對(duì)于高壓工作的FRD來(lái)說(shuō)，平面工藝不可避免的存在著結(jié)面彎曲效應(yīng)而影響擊穿電壓，使得器件實(shí)際擊穿電壓只有理想情況的10%-30%。因此為了保證FRD能工作在高電壓下，就需要使用結(jié)終端技術(shù)來(lái)消除結(jié)面彎曲帶來(lái)的影響，提高FRD器件的耐壓。在提高耐壓采用終端技術(shù)的同時(shí)，還要兼顧到其它特性的影響和優(yōu)化。如本文后面將要提到的，在采用金屬場(chǎng)板終端提高耐壓的同時(shí)，還要防止圓片打火問題的發(fā)生。

　　1場(chǎng)限環(huán)的基本結(jié)構(gòu)

　　圖1：場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖

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　　圖2：多個(gè)場(chǎng)限環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖

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　　場(chǎng)限環(huán)的基本結(jié)構(gòu)見圖1，圖2.。就是在被保護(hù)的主結(jié)周圍間隔一定距離，擴(kuò)散形成一定大小的同心環(huán)。擴(kuò)散環(huán)改變了主結(jié)邊緣空間電荷分布，減輕了電場(chǎng)集中效應(yīng)。提高了耐壓。單環(huán)的作用有限，一般在高壓下需要通過(guò)多個(gè)環(huán)來(lái)達(dá)到預(yù)定的電壓。

　　2 場(chǎng)板的基本結(jié)構(gòu)分析

　　圖3：場(chǎng)板結(jié)構(gòu)示意圖

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　　場(chǎng)板的基本結(jié)構(gòu)見圖3，也是常用的提高耐壓的方法之一。場(chǎng)板下除邊緣部分外，電場(chǎng)分布是一維的，類似于MOS電容。擊穿時(shí)的擊穿電壓為擊穿時(shí)半導(dǎo)體的電壓和氧化層的壓降之和。在場(chǎng)版的邊緣，電力線集中。如果場(chǎng)板長(zhǎng)度比內(nèi)部耗盡層還大，N+P結(jié)的場(chǎng)板有電力線從板向半導(dǎo)體發(fā)出，在半導(dǎo)體表面有電力線進(jìn)入，這等效于半導(dǎo)體表面有正電荷，他對(duì)電場(chǎng)的影響可看做是無(wú)窮大的半導(dǎo)體中間增加了一層電荷，這些正電荷產(chǎn)生垂直于表面的場(chǎng)外，也將產(chǎn)生平行于表面的場(chǎng)，每一正電荷在其左邊產(chǎn)生指向左的場(chǎng)，在其右邊產(chǎn)生指向右的場(chǎng)。所以在場(chǎng)版下面的多數(shù)區(qū)域，正電荷產(chǎn)生的橫向電場(chǎng)是互相削弱。然而在場(chǎng)板的邊緣，所有正電荷產(chǎn)生的橫向場(chǎng)是互相加強(qiáng)的，結(jié)果在那里造成一個(gè)橫向場(chǎng)的峰值。如果場(chǎng)板很短或者無(wú)場(chǎng)板時(shí)，在PN結(jié)的邊緣就有很強(qiáng)的電場(chǎng)，場(chǎng)板上所有正電荷都是使這點(diǎn)電場(chǎng)減少的，因此場(chǎng)板愈長(zhǎng)，電場(chǎng)峰值愈小。

　　3 氣隙的擊穿特性

　　我們知道，影響空氣間隙放電電壓的因素有很多。主要有電場(chǎng)的情況，比如均勻與不均勻;電壓的形式，比如直流，交流還是雷電沖擊;大氣的條件，比如溫度，濕度，氣壓等。較均勻電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓與電壓極性無(wú)關(guān)，直流，工頻擊穿電壓(峰值)以及50%沖擊擊穿電壓都相同，分散性很小。

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　　當(dāng)S不過(guò)于小時(shí)(S>1cm)， 均勻空氣中的電場(chǎng)強(qiáng)度大致等于30KV/cm。稍不均勻的電場(chǎng)氣隙的擊穿電壓，可以看作球與球之間，球與板之間，圓柱與棒之間，同軸圓柱的間隙之間的擊穿。它的特點(diǎn)是不能形成穩(wěn)定的電暈放電，電場(chǎng)不對(duì)稱時(shí)，有極性效應(yīng)，不很明顯，直流，工頻下的擊穿電壓以及50%沖擊擊穿電壓相同，分散性不大，擊穿電壓和電場(chǎng)均勻程度關(guān)系極大，電場(chǎng)越均勻，同樣間隙距離下的擊穿電壓就越高。直流電壓下的擊穿電壓具有極性效應(yīng)，棒棒電極間的擊穿電壓介于極性不同的棒板電極之間，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)正棒和負(fù)板間約4.5KV/cm，負(fù)棒和正板間約10KV/cm，棒和棒之間約4.8-5KV/cm。擊穿電壓與間隙距離接近正比，在一定范圍內(nèi)，擊穿電壓與間隙距離呈線性關(guān)系。球與球間隙之間存在鄰近效應(yīng)，對(duì)電場(chǎng)會(huì)有畸變作用，使間隙電場(chǎng)分布不對(duì)稱，同一距離下，球直徑越大，擊穿電壓也越高。

　　圖4 擊穿電壓與間隙距離的關(guān)系

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