基于BARITT二极管的振荡机理详解

有些情况下，IGBT甚至二极管的拖尾电流也有可能发生振荡。芯片的内部工艺可能激发LC振荡（由半导体芯片和上述描述的杂散部分），这种激发的原理也被作PETT（等离子提取传输时间）机理。

BARITT二极管通常作为微波振荡器的激发器件，在这种应用中，二极管的一个PN结稍微正偏，而另一个PN结则稍微反偏。只要外部电压低于临界穿透电压，由于反偏PN结的作用，会产生一个很小的阻断电流。当外部电压达到穿透电压时，空间电荷区恰好会通过N区延伸到正偏的PN结。这时，由于热激发导致少子（空穴）穿过PN结到达N区，二极管的电流将急剧上升。由于半导体内的电荷流动及电压传输的滞后会形成一个等效的负微分电阻，如果该负微分电阻大于谐振回路中的等效正电阻，那么就会产生振荡。谐振频率受控于载流子在二极管N区的传输时间。这也是二极管名字的由来。BARITT二极管的分层模型和I/U曲线如图1所示。

PETT的机理与BARITT的机理相类似，如图2所示。不同之处在于空间电荷区并没有延伸到另二个PN结因而无法放电。N区剩余的离子由于没有被空间电荷区所复合，因此转化为载流子，这也是形成拖尾电流载流子的原因。流过半导体的电流由进入空间电荷区的载流子形成。在特定情况下，比如负微分电阻大于谐振回路中的等效正电阻，将会引发振荡。从原理上来说，任何具有双极特性的半导体都可能发生PETT振荡。因此，IGBT和二极管都可能产生振荡。

振荡产生的时间和程度完全取决于所工作的环境。可能影响IGBT和二极管拖尾电流振荡的参数见表1。

例如，可以在模块内通过放置附加键合线的方式来避免模块内并联半导体之间的振荡。这主要是改变谐振回路中寄生参数的影响，从而避免振荡。IGBT和二极管关断时拖尾电流振荡实验波形如图3所示。图4给出了附加键合线前后IGBT拖尾电流实验结果对比。