【摘要】：功率半導(dǎo)體器件分為開關(guān)器件和功率整流管。自上個世紀五十年代第一只晶閘管誕生,開關(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)在更高頻下運行的能力受限于功率整流管的開關(guān)特性。為了與高性能開關(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的現(xiàn)實意義。本文首先對FRD的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及主要參數(shù)進行了分析,采用理論計算和計算機仿真相結(jié)合的方法,確定出800V PIN二極管的縱向結(jié)構(gòu)參數(shù);第二對壽命控制技術(shù)進行了分析,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)。通過對各種壽命控制技術(shù)進行比較,確定出局域壽命控制技術(shù)為本設(shè)計的壽命控制技術(shù);第三根據(jù)所設(shè)計的結(jié)構(gòu)參數(shù),利用工藝仿真軟件SILVACO TCAD,對實現(xiàn)該結(jié)構(gòu)FRD的工藝進行了模擬仿真,確定了工藝參數(shù)和工藝條件;第四采用離子注入對CAL的質(zhì)子輻照工藝進行了模擬與仿真,根據(jù)相關(guān)文獻,采取兩次質(zhì)子輻照,在FRD內(nèi)部實現(xiàn)兩個低壽命區(qū)。通過對一次質(zhì)子輻照和兩次質(zhì)子輻照條件下對二極管的正向?qū)▔航礦_F、反向恢復(fù)時間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:當輻照能量為2.36MeV,輻照劑量為5e10cm~(-2)時,軟度因子為0.76,通態(tài)壓降為2.3V,反向恢復(fù)時間為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?shù)谝淮屋椪漳芰繛?.8MeV,第二次質(zhì)子輻照能量為3.33MeV時,軟度因子為2.06,反向恢復(fù)時間為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,通過仿真分析出一次質(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為臨界擊穿電場強度，εr為相對介電常數(shù)，ε0為真空介電常數(shù)。過上式，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，陽極區(qū)和陰極區(qū)的摻雜濃度大于基區(qū)的摻雜濃濃度梯度，所以陽極區(qū)和陰極區(qū)會分別向基區(qū)注入空穴和電子。當注入

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，J1和 J2結(jié)的勢壘降低，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 J1結(jié)的通過 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】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN313.4

【參考文獻】

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本文編號：2595711