Конструкция силовых полупроводниковых диодов

Рабочим элементом силового полупроводникового диода является вырезанная из монокристалла кремния тонкая пластина, в которой сформирован p-nпереход. Чтобы при нагреве пластина не растрескалась, её серебряным припоем припаивают к термокомпенсирующим дискам из вольфрама или молибдена.

Основные этапы изготовления:

1. Монокристалл кремния с проводимостью n-типа разрезается на диски толщиной 0,4 мм.

2. На поверхность этого диска наносится раствор азотистого алюминия и борной кислоты и высушивается. Затем диск помещается в кварцевую ампулу и запекается в печи в течение 10 часов при t = 1300ºC. При этом алюминий и бор проникают в кремний и образуют слой p-типа. Глубина проникновения 100 мкм.

3. На обе стороны диска наносится слой никеля, который при нагреве до 600ºC спекается с кремнием и образует выводы.

4. К пластине полупроводника припаиваются термокомпенсирующие пластины.

5. Наносится защитное покрытие на боковую грань для предотвращения электрического пробоя по поверхности.

Толщина термокомпенсирующих пластин может быть до 3 мм. Вся получившаяся конструкция называется выпрямительный элемент, который для защиты от внешних воздействий помещается в герметичный корпус. Корпуса бывают штыревой и таблеточной конструкции (рис. 1.3).

 

а)	б)

 

Рис. 1.3. Конструктивное исполнение полупроводниковых диодов: а – штыревое с гибким выводом, б – таблеточное для токов от 400 до 2000 А

Силовые полупроводниковые диоды используются в схемах выпрямления переменного тока.

Основные параметры силовых полупроводниковых диодов:

1. Предельный ток I_п (I_FAVmax). Это максимально допустимое среднее за период значение тока, длительно протекающего через диод. Зависит от конструкции диода и от условий охлаждения, А.

2. Повторяющееся обратное напряжение U_п (U_RRM). Это максимально допустимое амплитудное значение обратного напряжения, В.

3. Ударный ток I_уд (I_FSM). Это амплитудное значение прямого тока длительностью 10 мс в аварийном режиме работы устройства, кА.

Дополнительные параметры силовых полупроводниковых диодов:

1. Пороговое напряжение U₀ (U_TO), В.

2. Прямое падение напряжения при протекании предельного тока U_пр (U_FM), В.

3. Максимальный обратный ток при приложении повторяющегося обратного напряжения I_обр._max (I_RRM), мА.

4. Дифференциальное сопротивление при прямом смещении R_д (r_T), мОм.

5. Заряд восстановления обратного сопротивления Q_в (Q_rr), мкКл.

6. Тепловое сопротивление «переход-корпус» R_п-к (R_thjc), ⁰С/Вт.

В скобках указано обозначение параметров, принятое в англоязычных источниках.