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