【摘要】：功率半導(dǎo)體器件分為開(kāi)關(guān)器件和功率整流管。自上個(gè)世紀(jì)五十年代第一只晶閘管誕生,開(kāi)關(guān)器件有了迅速的發(fā)展。尤其是功率MOSFET和IGBT等現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件出現(xiàn)以后,電力系統(tǒng)在更高頻下運(yùn)行的能力受限于功率整流管的開(kāi)關(guān)特性。為了與高性能開(kāi)關(guān)器件同步發(fā)展,功率整流管的性能急需提高。高品質(zhì)的二極管要求二極管的正向?qū)▔航敌�、反向恢�?fù)時(shí)間短、反向恢復(fù)峰值電流小、反向恢復(fù)軟度因子大。因此,研究功率二極管的反向恢復(fù)特性,優(yōu)化載流子的分布具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本文首先對(duì)FRD的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及主要參數(shù)進(jìn)行了分析,采用理論計(jì)算和計(jì)算機(jī)仿真相結(jié)合的方法,確定出800V PIN二極管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù);第二對(duì)壽命控制技術(shù)進(jìn)行了分析,壽命控制技術(shù)包括整體壽命控制和局域壽命控制(the Axial Lifetime Control,CAL)。通過(guò)對(duì)各種壽命控制技術(shù)進(jìn)行比較,確定出局域壽命控制技術(shù)為本設(shè)計(jì)的壽命控制技術(shù);第三根據(jù)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)參數(shù),利用工藝仿真軟件SILVACO TCAD,對(duì)實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)FRD的工藝進(jìn)行了模擬仿真,確定了工藝參數(shù)和工藝條件;第四采用離子注入對(duì)CAL的質(zhì)子輻照工藝進(jìn)行了模擬與仿真,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn),采取兩次質(zhì)子輻照,在FRD內(nèi)部實(shí)現(xiàn)兩個(gè)低壽命區(qū)。通過(guò)對(duì)一次質(zhì)子輻照和兩次質(zhì)子輻照條件下對(duì)二極管的正向?qū)▔航礦_F、反向恢復(fù)時(shí)間t_(rr)、反向恢復(fù)峰值電流I_(RR)、反向恢復(fù)軟度因子S影響的分析,確定出質(zhì)子輻照最佳工藝條件。一次質(zhì)子輻照的最佳工藝條件為:當(dāng)輻照能量為2.36MeV,輻照劑量為5e10cm~(-2)時(shí),軟度因子為0.76,通態(tài)壓降為2.3V,反向恢復(fù)時(shí)間為234ns,反向恢復(fù)峰值電流為41.2A;兩次質(zhì)子輻照的最佳工藝條件為:當(dāng)?shù)谝淮屋椪漳芰繛?.8MeV,第二次質(zhì)子輻照能量為3.33MeV時(shí),軟度因子為2.06,反向恢復(fù)時(shí)間為127ns,通態(tài)壓降為2.53V,反向恢復(fù)峰值電流為32.7A。本文完成800V PIN二極管的參數(shù)設(shè)計(jì),通過(guò)仿真分析出一次質(zhì)子輻照和兩次質(zhì)子輻照條件下,PIN二極管各參數(shù)隨著輻照能量和輻照劑量的變化。
【圖文】：

圖 2.2 PIN 二極管的反向阻斷特性曲線(xiàn)Fig. 2.2 Reverse blocking characteristics of PIN diode慮一般二極管的非穿通情況，本征基區(qū)的寬度比空間電荷區(qū)的寬度要寬穿電壓可以表示為：D2r0BRBR2eNEV 中，EBR為臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度，εr為相對(duì)介電常數(shù)，ε0為真空介電常數(shù)。過(guò)上式，我們可以發(fā)現(xiàn)，較高的電阻率材料可以提高二極管的反向耐壓極管在反偏時(shí)空間電荷區(qū)的展寬，，二極管的基區(qū)應(yīng)該具有較大的厚度。，存儲(chǔ)的電荷越多，不利于反向恢復(fù)特性。正向特性的分析IN 二極管在正向?qū)〞r(shí)，陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)的摻雜濃度大于基區(qū)的摻雜濃濃度梯度，所以陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)會(huì)分別向基區(qū)注入空穴和電子。當(dāng)注入

圖 2.3 PIN 二極管能帶圖Fig. 2.3 band diagram of PIN diodeIN 二極管外加正向偏壓時(shí)，J1和 J2結(jié)的勢(shì)壘降低，因此，電子注入到 I 區(qū)，假設(shè) J1結(jié)和 J2結(jié)是理想發(fā)射極，那么通過(guò) J1結(jié)的通過(guò) J2結(jié)的所有電流為電子電流。極管的正向壓降由三部分組成，分別為 PN 結(jié)結(jié)壓降F J1 V ，I 區(qū)+壓降F J2 V ，即：FF J1 mF J2 V V V V上的壓降由少子密度決定。根據(jù) PN 結(jié)理論，可以得到 PN 結(jié)與分別為： KTqVpdnFJ1iexp KTqVpdndnFJ2iexp
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN313.4

【參考文獻(xiàn)】

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2 李平鋒;;現(xiàn)代電力電子技術(shù)綜述[J];機(jī)械管理開(kāi)發(fā);2012年01期

3 馮茂娥;;電力電子技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策[J];商場(chǎng)現(xiàn)代化;2009年28期

4 吳鶴,吳郁,亢寶位,賈云鵬;用局域壽命控制技術(shù)改善功率快恢復(fù)二極管性能的仿真研究[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2003年05期

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3 董方媛;PIN二極管反向恢復(fù)機(jī)理的研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2013年

4 周悅;二極管反向恢復(fù)電流瞬變的研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2013年

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6 邢毅;150A/1200V快速軟恢復(fù)功率二極管的設(shè)計(jì)與試制[D];西安理工大學(xué);2010年

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8 謝書(shū)珊;超低漏電超快恢復(fù)二極管壽命控制新技術(shù)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2595711