Università degli Studi di Napoli “Federico II”
Dipartimento di Ingegneria Elettronica
e delle Telecomunicazioni
Analisi del Dynamic Avalanche
nei Diodi Fast Recovery
L. Mele, S. Daliento, P. Spirito
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
Tensione di breakdown statico
Ai diodi di potenza per applicazioni switching è affidato il compito di reggere elevate
tensioni in polarizzazione inversa.
La massima tensione sostenuta dalla regione di svuotamento è legata all’innesco del
fenomeno della moltiplicazione a valanga che avviene quando il campo elettrico
raggiunge il valore critico di circa 2x105 V/cm.
1E+00
Current (A)
1E-01
1E-02
1E-03
1E-04
1E-05
1E-06
1E-07
1E-08
1E-09
1E-10
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
Voltage (V)
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
20
895
10
795
0
695
-10
595
-20
495
-30
395
-40
295
-50
-60
195
-70
95
-80
-5
0.4
0.45
0.5
0.55
Time (ms)
0.6
0.65
Voltage (V)
Anode Current (A)
Per tensioni inferiori a quella di breakdown
statico, il diodo lavora sempre in condizioni
di sicurezza?
0.7
SIMULAZIONI ATLAS
Il questo caso il diodo commuta nello stato OFF e quando
viene raggiunta la tensione di breakdown statico nel
dispositivo comincia a circolare un’elevata corrente.
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
Per tensioni inferiori a quella di breakdown
statico, il diodo lavora sempre in condizioni
di sicurezza?
895
795
-10
695
-60
595
-110
495
-160
395
295
-210
Voltage (V)
Anode Current (A)
40
195
-260
95
-310
-5
0.4
0.45
0.5
0.55
Time (ms)
0.6
0.65
0.7
SIMULAZIONI ATLAS
In condizioni più stressate, si nota un indesiderato ed inatteso
aumento della corrente per effetto dell’innesco del processo di
moltiplicazione a valanga per tensioni inferiori a quella di breakdown
Il fenomeno prende il nome di DYNAMIC AVALANCHE
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
Dipendenza dalle diverse condizioni di
commutazione
di/dt=1500A/um - Impact Model
60
di/dt=1500A/um - No Impact Model
Anode Current (A)
40
di/dt=3000A/um - No Impact Model
20
di/dt=3000A/um - No Impact Model
0
-20
-40
-60
Il fenomeno dipende fortemente
dai seguenti fattori:
Dipendenza
dal di/dt
-80
-100
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
di / dt
Time (ms)
60
Anode Current (A)
Pt880 - 200 V
40
Pt880 - 400 V
20
Pt880 - 600 V
Tensione inversa applicata
0
-20
-40
-60
Dipendenza
dalla tensione inversa
-80
-100
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
Corrente nello stato ON
0.7
Time (ms)
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
Risultati Sperimentali
600
di/dt=1500 A/ms
440 V
200 V
Serie3
Serie4
Anode Current (A)
20
10
500
400
0
300
228 V
200
-10
-20
100
-30
-40
0.85
Diode Voltage (V)
30
0
0.9
0.95
1
1.05
1.1
1.15
Time (ms)
600
di/dt=1000 A/ms
440 V
Serie3
Anode Current (A)
40
500
Diode Voltage (V)
60
20
400
0
-20
300
234 V
200
-40
100
-60
0.85
Le misure sperimentali su
un diodo con controllo del
tempo di vita mediante
diffusione di platino a 880°C
evidenziano come il dynamic
avalanche si manifesti per
tensioni di circa 230V (30%
della tensione di breakdown
statico!)
0
0.95
1.05
1.15
1.25
1.35
Time (ms)
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
Nella poster session verrà illustrato con
maggior dettaglio:
Come si modificano le distribuzioni dei portatori di
carica e del campo elettrico in presenza di dynamic
avalanche
Quanto incide il dynamic avalanche sull’energia
dissipata dal diodo durante la commutazione ON-OFF
Riunione Annuale GE 2006
Ischia, 21-23 giugno 2006
