【摘要】：功率半導體器件分為開關器件和功率整流管。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特性。為了與高性能開關器件同步發(fā)展,功率整流管的性能急需提高。高品質的二極管要求二極管的正向導通壓降小、反向恢復時間短、反向恢復峰值電流小、反向恢復軟度因子大。因此,研究功率二極管的反向恢復特性,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的基本結構、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合的方法,確定出800V PIN二極管的縱向結構參數(shù);第二對壽命控制技術進行了分析,壽命控制技術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進行比較,確定出局域壽命控制技術為本設計的壽命控制技術;第三根據(jù)所設計的結構參數(shù),利用工藝仿真軟件SILVACO TCAD,對實現(xiàn)該結構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的質子輻照工藝進行了模擬與仿真,根據(jù)相關文獻,采取兩次質子輻照,在FRD內部實現(xiàn)兩個低壽命區(qū)。通過對一次質子輻照和兩次質子輻照條件下對二極管的正向導通壓降V_F、反向恢復時間t_(rr)、反向恢復峰值電流I_(RR)、反向恢復軟度因子S影響的分析,確定出質子輻照最佳工藝條件。一次質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,反向恢復時間為234ns,反向恢復峰值電流為41.2A;兩次質子輻照的最佳工藝條件為:當?shù)谝淮屋椪漳芰繛?.8MeV,第二次質子輻照能量為3.33MeV時,軟度因子為2.06,反向恢復時間為127ns,通態(tài)壓降為2.53V,反向恢復峰值電流為32.7A。本文完成800V PIN二極管的參數(shù)設計,通過仿真分析出一次質子輻照和兩次質子輻照條件下,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)應該具有較大的厚度。，存儲的電荷越多，不利于反向恢復特性。正向特性的分析IN 二極管在正向導通時，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結的勢壘降低，因此，電子注入到 I 區(qū)，假設 J1結和 J2結是理想發(fā)射極，那么通過 J1結的通過 J2結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 結結壓降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 結理論，可以得到 PN 結與分別為： KTqVpdnFJ1iexp KTqVpdndnFJ2iexp
【學位授予單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN313.4

【參考文獻】

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1 張彪;劉長軍;江婉;郁成陽;;一種基于肖特基二極管的大功率微波整流電路[J];電子學報;2013年09期

2 李平鋒;;現(xiàn)代電力電子技術綜述[J];機械管理開發(fā);2012年01期

3 馮茂娥;;電力電子技術在我國的發(fā)展現(xiàn)狀及對策[J];商場現(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改善功率快恢復二極管性能的仿真研究[J];半導體學報;2003年05期

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1 張海濤;張斌;;軟恢復二極管新進展——擴散型雙基區(qū)二極管[A];中國電工技術學會電力電子學會第八屆學術年會論文集[C];2002年

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3 董方媛;PIN二極管反向恢復機理的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2013年

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

5 曹成兵;視覺檢測在自動晶圓劃片系統(tǒng)中的應用研究[D];華東理工大學;2013年

6 邢毅;150A/1200V快速軟恢復功率二極管的設計與試制[D];西安理工大學;2010年

7 蘭天;Excel VBA開發(fā)技術應用于集成電路測試的研究與實現(xiàn)[D];蘇州大學;2009年

8 謝書珊;超低漏電超快恢復二極管壽命控制新技術研究[D];北京工業(yè)大學;2006年

本文編號：2595711