本文關(guān)鍵詞：PIN限幅二極管微波擊穿效應(yīng)機(jī)理研究

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【摘要】：在雷達(dá)系統(tǒng)前端中,除氣體放電T/R管之外,PIN限幅器是保護(hù)后面敏感器件不被自身泄漏功率和臨近大功率注入造成損傷的唯一器件。了解和掌握PIN限幅器在HPM電磁環(huán)境下?lián)p傷機(jī)制與規(guī)律對(duì)微波前端HPM防護(hù)技術(shù)發(fā)展具有重要意義。論文開展了單級(jí)PIN限幅器HPM擊穿效應(yīng)機(jī)理理論和實(shí)驗(yàn)研究,利用Synopsys公司半導(dǎo)體物理工藝與器件模擬軟件Sentaurus建立了PIN限幅二極管二維TCAD模型,優(yōu)化選取合適物理模型,進(jìn)行HPM效應(yīng)仿真。首先,完成了器件正向、反向直流特性和微波輸入、輸出特性仿真驗(yàn)證;其次,搭建注入效應(yīng)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并進(jìn)行單級(jí)PIN限幅器注入實(shí)驗(yàn),通過(guò)注入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果對(duì)比分析進(jìn)一步優(yōu)化器件模型參數(shù);最后,論文開展了EMP脈沖和微波脈沖作用下PIN限幅器瞬態(tài)響應(yīng)仿真和結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比分析;通過(guò)觀察EMP脈沖和微波脈沖下電流密度、電場(chǎng)分布以及溫度分布隨時(shí)間變化的關(guān)系,總結(jié)了PIN二極管微波擊穿損傷效應(yīng)機(jī)理規(guī)律。EMP脈沖作用下,隨著脈沖反向偏壓的增大,PIN二極管內(nèi)部電場(chǎng)逐漸向I層擴(kuò)展并在PN結(jié)邊緣部分率先發(fā)生雪崩擊穿;由于空間電荷效應(yīng)引起的負(fù)阻效應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)生電流絲現(xiàn)象,同時(shí)器件溫度上升。另一方面,雪崩電離率與溫度成負(fù)相關(guān),因此造成電流絲的移動(dòng);而在電流絲移動(dòng)的過(guò)程中,電流絲形狀和器件內(nèi)部最大電場(chǎng)強(qiáng)度基本不變且兩者位置重疊,但最大溫升與電流絲有位置延后并呈現(xiàn)越來(lái)越小的趨勢(shì);當(dāng)器件溫升達(dá)到1000K時(shí),電流絲不再移動(dòng)直至器件發(fā)生局部熱二次擊穿。在大功率微波脈沖作用下,當(dāng)剛處于反向偏壓時(shí),與EMP脈沖作用類似在PN結(jié)邊緣出現(xiàn)電流密度集中的現(xiàn)象,說(shuō)明器件局部已發(fā)生雪崩擊穿;在反向周期過(guò)程中,電場(chǎng)出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象,其易引起雙結(jié)雪崩擊穿,導(dǎo)致器件不穩(wěn)定;溫度分布會(huì)隨著電場(chǎng)分布的變化而變化;在不同周期且都剛處于反向偏壓情況下,隨著時(shí)間的增加,電流密度開始出現(xiàn)向I層擴(kuò)展的現(xiàn)象,但最高電流密度基本不變;觀察到溫度分布向I層兩側(cè)和PN結(jié)邊緣集中,并在局部雪崩擊穿地方出現(xiàn)溫度集中的斑點(diǎn),共同造成器件局部發(fā)生熱二次擊穿。
【關(guān)鍵詞】：PIN限幅器 HPM 微波擊穿 損傷機(jī)理
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN312.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 課題研究背景和意義10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 論文主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排13-15
• 第二章 PIN限幅器的工作原理15-25
• 2.1 PIN二極管15-18
• 2.1.1 PIN二極管基本結(jié)構(gòu)15
• 2.1.2 PIN二極管基本特性15-18
• 2.2 PIN二極管直流反向擊穿電壓理論分析18-22
• 2.3 PIN限幅器電路22-24
• 2.3.1 PIN限幅器簡(jiǎn)介22-23
• 2.3.2 單級(jí)PIN限幅器設(shè)計(jì)分析23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第三章 PIN二極管與PIN限幅器TCAD建模25-38
• 3.1 工藝及器件仿真工具SENTAURUS-TCAD簡(jiǎn)介25-27
• 3.2 PIN二極管模型建立27-33
• 3.2.1 PIN二極管二維模型建模27-28
• 3.2.2 物理模型選取28-33
• 3.3 PIN二極管模型直流特性仿真驗(yàn)證33-34
• 3.4 單級(jí)PIN限幅器輸入/輸出特性仿真驗(yàn)證34-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 單級(jí)PIN限幅器注入實(shí)驗(yàn)38-43
• 4.1 小信號(hào)頻域特性分析38-39
• 4.2 注入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)39-42
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原理39-40
• 4.2.2 注入實(shí)驗(yàn)40-42
• 4.3 本章小結(jié)42-43
• 第五章 單級(jí)PIN限幅器瞬態(tài)響應(yīng)43-72
• 5.1 無(wú)載頻EMP脈沖注入下瞬態(tài)響應(yīng)43-52
• 5.1.1 電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化關(guān)系44-45
• 5.1.2 電流密度隨時(shí)間變化關(guān)系45-50
• 5.1.3 溫度分布隨時(shí)間變化關(guān)系50-52
• 5.2 大功率微波脈沖注入下瞬態(tài)響應(yīng)52-70
• 5.2.1 電流密度隨時(shí)間變化關(guān)系54-58
• 5.2.2 電場(chǎng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化關(guān)系58-60
• 5.2.3 溫度分布隨時(shí)間變化關(guān)系60-64
• 5.2.4 不同微波脈沖參數(shù)下瞬態(tài)響應(yīng)64-70
• 5.3 本章小結(jié)70-72
• 第六章 結(jié)論72-74
• 6.1 本文的主要工作和成果72-73
• 6.2 下一步工作的展望73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-78

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