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PIN二极管动态特性的计算机仿真分析与研究

作　者: 刘欣
导　师: 关艳霞
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 雪崩击穿动态特性反向恢复时间软度因子
分类号: TN312.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

应用于电力电子领域的高压二极管一般设计成p+n-n+结构。当器件处于正向偏置状态时,p+n-n+二极管的低中间掺杂区域通常要被驱动到大注入状态,在该状态下,中间区域跟没有掺杂(本征)是一样的,因此p+n-n+二极管通常被称为PIN二极管。本文首先研究PIN二极管动态雪崩击穿的特性,对动态I区电场分布、载流子不同时刻的分布情况、反向电流密度的分布以及晶格温度的分布的分析解释了击穿耐量下降的原因:当动态雪崩产生时,会有大量的电流丝产生,这些电流丝过于集中停留时会造成局部过热,导致温度增加,当过热点的温度大于398℃时,达到热击穿,造成器件的损坏。并且本文针对这种现象提出了几点优化建议,进而改善二极管的击穿耐量。接下来我们重点对PIN型二极管的反向恢复动态特性进行深入研究,并通过SILVACO软件对选定结构的PIN二极管分别进行静态与动态的仿真分析,系统的分析各个参数对器件动态性能的影响,来达到改进器件结构优化动态特性的目的。在前面对反偏时本征区特性的研究分析的基础之上,进一步解释反向恢复时间与反向恢复软度受限的原因,并且提出了提高其反向恢复时间和软度的方法。本文通过减小I区厚度、正向电流密度和采用适当的控制少子寿命的方法降低其寿命等方法使反向恢复时间在原来的基础上缩短了10%到20%,与此同时,二极管恢复软度的软化因子S也得到了提升,实现了本文通过计算机仿真分析优化PIN二极管的动态特性的目的。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 半导体功率器件的发展  10-13
    1.1.1 国外发展现状  12
    1.1.2 国内发展现状  12-13
    1.1.3 仿真技术的发展  13
  1.2 半导体功率器件的应用领域  13-14
  1.3 课题提出的意义  14-15
  1.4 功率半导体器件的分类  15-16
  1.5 目前存在的问题  16-18
第二章反向恢复机理与分析  18-22
  2.1 PIN二极管的结构模型  18-19
  2.2 反向恢复机理  19-22
第三章 PIN二极管雪崩击穿特性的研究  22-36
  3.1 封面静态雪崩击穿机理的分析  22-24
  3.2 静态雪崩击穿特性的分析  24-30
    3.2.1 二极管的结构与仿真模型  24-26
    3.2.2 电场分布的仿真与分析  26-27
    3.2.3 电流密度分布的仿真与分析  27-28
    3.2.4 温度分布的仿真与分析  28-30
  3.3 PIN二极管动态雪崩特性的仿真分析  30-36
    3.3.1 动态雪崩击穿的理论分析  30-32
    3.3.2 动态雪崩击穿的仿真与分析  32-36
第四章 PIN二极管反向恢复时间与软度  36-47
  4.1 各参数对PIN二极管trr的影响  36-42
    4.1.1 反向峰值电流对trr的影响  36-37
    4.1.2 正向电流密度对trr的影响  37-40
    4.1.3 载流子寿命对trr的影响  40-42
  4.2 各参数对PIN二极管软度的影响  42-45
    4.2.1 正向电流密度对软度的影响  43
    4.2.2 载流子寿命对软度的影响  43-45
  4.3 其他参数的影响  45
  4.4 小结  45-47
第五章 PIN二极管的优化  47-50
  5.1 各参数的优化与分析  47
  5.2 结构的优化与分析  47-50
第六章结论  50-51
参考文献  51-53
在学研究成果  53-54
致谢  54

PIN二极管动态特性的计算机仿真分析与研究

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