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反向开关晶体管特性仿真及结构优化设计

作　者: 江铭
导　师: 余岳辉
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 脉冲功率技术 RSD MATLAB仿真数值解法结构优化设计
分类号: TN323.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 13次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

脉冲功率技术的发展对开关器件不断提出新的要求。半导体功率器件由于其具有体积小、寿命长、工作稳定、成本低、效率高、紧凑等突出的优点,在脉冲功率技术领域占有了越来越重要的地位。反向开关晶体管RSD(Reversely Switched Dynistor)在耐流、耐压和耐di/dt能力方面在半导体功率器件中表现优良,可以承受高达数百kA的电流和数kV的电压。从半导体的基本理论出发,结合RSD的基本结构,得到了RSD的基本工作原理方程。为了得到RSD预充阶段等离子体的分布,采用计算机进行仿真,运用偏微分方程的数值解法,化微分为差分,采用MATLAB软件,计算得到了RSD的N基区等离子体在预充阶段各个不同时间点的分布。计算中使用的相关数据基于实际制备得到的器件,仿真得到的电流波形和实验结果基本一致。结合对预充阶段的等离子层的分布计算及试验测试到的开通异常波形图,分析了J1结和J3结在正向开通中分别注入到N基区和P基区的等离子体对J2结附近聚集的等离子体层的影响,基于此分析,提出了减薄P基区以提高器件性能的方法。同时对器件的N基区设计则综合考虑了耐压、载流子寿命、迁移率、载流子的扩散长度和通态压降等,得到了RSD在不同耐压需求下的掺杂浓度和主要阻断区域的优化设计。对于阳极的版图研究则通过对RSD的各个导通单元的分析,提出了对RSD阳极版图的精细化设计。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-17
  1.1 脉冲功率技术  8-10
  1.2 脉冲功率系统中的开关元件  10-11
  1.3 功率半导体开关  11-13
  1.4 RSD 器件进展  13-15
  1.5 本文研究主要内容  15-17
2 RSD 器件的工作原理及其模型  17-28
  2.1 引言  17
  2.2 RSD 器件的开通原理  17-18
  2.3 RSD 模型的基本方程建立  18-26
  2.4 RSD 器件的触发电路  26-28
3 RSD 器件预充等离子体研究  28-36
  3.1 引言  28
  3.2 MATLAB 软件简述  28-29
  3.3 RSD 器件等离子体分布的具体模型构建  29-35
  3.4 本章小结  35-36
4 RSD 器件相关参数仿真研究  36-44
  4.1 引言  36
  4.2 RSD 器件载流子寿命的研究  36-39
  4.3 RSD 器件载流子迁移率研究  39-40
  4.4 RSD 器件的耐压分析  40-43
  4.5 本章小结  43-44
5 RSD 器件结构优化设计  44-52
  5.1 引言  44
  5.2 RSD 器件非正常开通  44-46
  5.3 RSD 器件结构设计  46-49
  5.4 RSD 器件的阳极版图优化  49-51
  5.5 本章小结  51-52
6 结论  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-57
附录Ⅰ攻读硕士学位期间发表的论文目录  57

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