【摘要】：高功率微波(high power microwave,HPM)是強(qiáng)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(diǎn),可通過(guò)“前門(mén)”耦合和“后門(mén)”耦合進(jìn)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(dǎo)體器件的損傷效應(yīng)和機(jī)理對(duì)半導(dǎo)體器件和電路的微波保護(hù)具有重要意義。作為一種高增益、高耐壓的半導(dǎo)體器件,達(dá)林頓晶體管(Darlington transistor)廣泛應(yīng)用于功放電路、電源電路、驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換電路及線(xiàn)圈點(diǎn)火等領(lǐng)域中。本文利用Sentaurus-TCAD首次構(gòu)建了Si基PNP型單片式達(dá)林頓晶體管的二維電熱模型,通過(guò)分析器件內(nèi)部各物理量的分布隨仿真時(shí)間的變化,討論了達(dá)林頓晶體管的HPM損傷效應(yīng)和機(jī)理。本文主要的研究成果為:首先,分析了從達(dá)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(yīng)和機(jī)理,結(jié)果表明,基極注入時(shí)器件最容易損傷,且此時(shí)器件的損傷點(diǎn)有兩個(gè),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(shí)最不容易損傷器件,其與集電極注入時(shí)都僅有一個(gè)位于T2管發(fā)射結(jié)邊緣的損傷點(diǎn)。其次,討論了微波參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)達(dá)林頓晶體管損傷的影響。結(jié)果表明,損傷時(shí)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(shí)間減小,還影響損傷點(diǎn)的分布;重頻越高,器件內(nèi)部的累積溫度越高;反之,器件內(nèi)部的累積溫度越少;隨著占空比的增大,器件內(nèi)部的累積溫度減小,且占空比大于0.125時(shí),溫度在器件內(nèi)部不再累積;對(duì)于三角波、正弦波和方波等三種不同形式的電壓信號(hào),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(dá)林頓晶體管的加固方法,結(jié)果表明,襯底濃度在一定范圍內(nèi),濃度越小,器件越不容易損傷;同時(shí),在發(fā)射極串聯(lián)一個(gè)電阻可以有效延長(zhǎng)器件的損傷時(shí)間;器件的結(jié)構(gòu)對(duì)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(guān)系,結(jié)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(yīng),對(duì)比三種不同注入方式,結(jié)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(duì)電子器件和設(shè)備的HPM損傷效應(yīng)與機(jī)理研究有一定的理論指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN32
【圖文】：

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

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2739612