二极管产生反向恢复过程的原因

由于二极管外加正向电压时,载流子不断扩散而存储了大量的电荷,因此导致了反向恢复存在一个过程。
当外加正向电压时,p区的空穴向n区扩散,n区的电子向p区扩散。这样,不仅使势垒区(耗尽区)变窄,而且载流子有相当数量的剩余存储,在p区内存储了电子,而在n区内存储了空穴,它们都是非平衡少数载流子,如下图4所示。
空穴由p区扩散到n区后,并不是立即与n区中的电子复合而消失,而是在一定的扩散长度内,一边继续扩散,一边与电子复合消失。
这样就会在扩散长度的范围内存储一定数量的空穴,并形成一定空穴浓度分布,靠近结边缘的浓度最大,离结越远,浓度越小 。
正向电流越大,存储的空穴数目越多,浓度分布的梯度也越大。
电子扩散到p区的情况也类似,下图为二极管中存储电荷的分布示意图。
我们把正向导通时,非平衡少数载流子积累的现象叫做电荷存储效应。
当输入电压突然由+vf 变为-vr 时,p区存储的电子和n区存储的空穴不会马上消失,而是通过以下两个途径逐渐减少:
① 在反向电场作用下,p区电子被拉回n区,n区空穴被拉回p区,形成反向漂移电流ir,如图 6所示;
② 与载流子复合,在这些存储电荷消失之前,pn结仍处于正向偏置,即势垒区仍然很窄,pn结的电阻仍很小,与rl相比可以忽略。
所以此时反向电流ir ≈ vr / rl(vr 》》 vd )。
在这段期间,ir 基本上保持不变,主要由vr 和rl 所决定。
在经过时间ts 后,p区和n区所存储的电荷已显著减小,势垒区逐渐变宽,反向电流ir 逐渐减小到正常反向饱和电流的数值,经过时间tt,二极管转为截止。
所以,二极管在开关转换过程中出现的反向恢复过程,实质上由于电荷存储效应引起的,反向恢复时间就是存储电荷消失所需要的时间。

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