【摘要】：高功率微波(high power microwave,HPM)是強電磁脈沖(electromagnetic pulse,EMP)的一種重要形式,具有高頻率、短脈沖和高功率的特點,可通過“前門”耦合和“后門”耦合進入電子系統(tǒng),從而造成電子元器件和集成電路的失效甚至是永久性損傷。因此,研究HPM作用下半導體器件的損傷效應和機理對半導體器件和電路的微波保護具有重要意義。作為一種高增益、高耐壓的半導體器件,達林頓晶體管(Darlington transistor)廣泛應用于功放電路、電源電路、驅動電路、開關轉換電路及線圈點火等領域中。本文利用Sentaurus-TCAD首次構建了Si基PNP型單片式達林頓晶體管的二維電熱模型,通過分析器件內部各物理量的分布隨仿真時間的變化,討論了達林頓晶體管的HPM損傷效應和機理。本文主要的研究成果為:首先,分析了從達林頓晶體管的集電極、基極和發(fā)射極注入HPM下的損傷效應和機理,結果表明,基極注入時器件最容易損傷,且此時器件的損傷點有兩個,分別位于T1管和T2管的發(fā)射極和基極之間;發(fā)射極注入時最不容易損傷器件,其與集電極注入時都僅有一個位于T2管發(fā)射結邊緣的損傷點。其次,討論了微波參數(shù)和結構參數(shù)對達林頓晶體管損傷的影響。結果表明,損傷時間隨著幅值的增加而減小;頻率的增高不但使器件的損傷時間減小,還影響損傷點的分布;重頻越高,器件內部的累積溫度越高;反之,器件內部的累積溫度越少;隨著占空比的增大,器件內部的累積溫度減小,且占空比大于0.125時,溫度在器件內部不再累積;對于三角波、正弦波和方波等三種不同形式的電壓信號,方波最容易損傷器件,三角波最不容易損傷器件;另外,討論了達林頓晶體管的加固方法,結果表明,襯底濃度在一定范圍內,濃度越小,器件越不容易損傷;同時,在發(fā)射極串聯(lián)一個電阻可以有效延長器件的損傷時間;器件的結構對微波損傷也有影響。最后,得到了集電極注入EMP和HPM下器件的損傷能量閾值和損傷功率閾值分別與脈寬的關系,結果表明,損傷能量閾值隨脈寬的增大而增大,而損傷功率閾值隨著脈寬的增大而減小。與HPM相比,EMP只需要更少的能量和功率就可以損傷器件。另外,仿真了基極和發(fā)射極注入下的脈寬效應,對比三種不同注入方式,結果表明,基極注入的損傷功率閾值最小,發(fā)射極注入下?lián)p傷功率閾值最大。本文的工作對電子器件和設備的HPM損傷效應與機理研究有一定的理論指導意義。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN32
【圖文】：

0 10 20 30 40101.2E+037.7E+023.0E+02y/x / μm圖 3.20 加入保護電阻后燒毀時刻的溫度分布護電阻的電路相比，加入保護電阻后的器件只有極之間。調制的 150 MHz 射頻信號在硅基雙極型低噪聲注入實驗[19, 45]，樣品解剖結果表明，LNA 的 T2 這說明本文的仿真結果與實驗結果是一致的。圖現(xiàn)這種情況的原因是，在有保護電阻的電路中，R1和 R2，這些偏置電阻分流部分信號，故 T1 管流經 T1 管放大后，在發(fā)射極形成大電流，導致易損傷。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張存波;張建德;王弘剛;杜廣星;;微波脈沖對硅基雙極型晶體管的損傷特性[J];國防科技大學學報;2015年02期

2 范菊平;游海龍;賈新章;;基極注入HPM導致的雙極型晶體管失效分析[J];西安電子科技大學學報;2014年01期

3 任興榮;柴常春;馬振洋;楊銀堂;喬麗萍;史春蕾;;基極注入強電磁脈沖對雙極晶體管的損傷效應和機理[J];物理學報;2013年06期

4 任興榮;柴常春;馬振洋;楊銀堂;;電磁脈沖作用下二極管二次擊穿電熱特性[J];西安電子科技大學學報;2013年02期

5 馬振洋;柴常春;任興榮;楊銀堂;陳斌;;雙極晶體管微波損傷效應與機理[J];物理學報;2012年07期

6 汪海洋;周翼鴻;李家胤;許立剛;于秀云;;低噪聲放大器有意電磁干擾效應(英文)[J];強激光與粒子束;2011年11期

7 張冰;柴常春;楊銀堂;;源、漏到柵距離對次亞微米ggNMOS ESD保護電路魯棒性的影響[J];物理學報;2010年11期

8 柴常春;張冰;任興榮;冷鵬;;集成Si基低噪聲放大器的注入損傷研究[J];西安電子科技大學學報;2010年05期

9 陳曦;杜正偉;龔克;;脈沖寬度對PIN限幅器微波脈沖熱效應的影響[J];強激光與粒子束;2010年07期

10 陳棟;許黎明;;高功率微波武器對C~4ISR系統(tǒng)毀傷效應研究[J];裝備環(huán)境工程;2010年02期

相關博士學位論文 前1條

1 馬振洋;雙極晶體管微波損傷效應與機理研究[D];西安電子科技大學;2013年

相關碩士學位論文 前1條

1 許蓉蓉;高功率電磁脈沖輻射下半導體器件的擊穿效應[D];上海交通大學;2008年

本文編號：2739612