二极管是典型的非线性器件,用于控制电子流的方向。在正向工作时,二极管表现出很低的电阻,几乎不消耗电能;而在反向偏置时,二极管将电子流完全阻拦,闭合状态下几乎不通过电流。但实际上,二极管的反向导电会引起一定的能量损耗,称为反向恢复损耗。
反向恢复损耗是由于二极管在反向偏置时,由于载流子的离子化与重组,导致载流子能量的转换和吸收,最终形成的。具体地说,当反向电压突然变为正向时,载流子被强电场加速,从内部漂移到pn结,形成电流。反向电流继续流动,直到已有载流子被输送到终端外部的载流子汇集区消失。而当外加电压再次逆转,这些载流子需要重新吸收,这就导致了反向恢复损耗。
反向恢复损耗的大小取决于二极管结构及工作条件,如反向电压、反向电流等等。
反向恢复损耗虽然很小,但仍不可忽视。它会导致功耗和噪声的增加,对高频电路、开关电源等产生不利影响。同时在高功率电路中,反向恢复损耗也会引起半导体二极管温度的升高,从而影响器件的可靠性。
因此,减小反向恢复损耗成为了半导体电子器件设计的重要课题。现代二极管设计中使用了许多新技术来降低二极管的反向恢复损耗。
降低电压上升和恢复时间可以显著降低反向恢复损耗。在实际电路中,一般使用反并联二极管来抑制反向恢复损耗。反并联二极管是指在二极管的负载电路中,同时接入一个反向偏置的二极管,可以降低反向电流的下降速率,减小反向恢复损耗。
此外,在器件制造方面,也可以通过优化结构原理和工艺,采用较浅的掺杂层等措施来减小反向恢复损耗。