Математическое моделирование тиристора с «мягким» восстановлением и создание специализированной программы для контролируемого регулирования основных параметров тиристоров при электронном облучении
Диссертация
Принципиально важным для тиристоров, использующихся в АИТ, является то, что они должны иметь малую скорость уменьшения тока обратного восстановления (diR/dt). Это обусловлено тем, что в АИТ при переключении тиристоров из включенного состояния обратным напряжением, скорость уменьшения прямого тока (dix/dt) велика и ее значение составляет ~ 20ч-50 А/мкс. В результате этого при применении в АИТ… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
- 1. 1. Конструкция и физические основы работы тиристора
- 1. 2. Математическое моделирование тиристорных структур
- 1. 2. 1. Феноменологическая система дифференциальных уравнений полупроводника
- 1. 2. 2. Некоторые физические эффекты, учитывающиеся при математическом моделировании полупроводниковых 20 приборов
- 1. 2. 3. Численное моделирование тиристорных структур
- 1. 2. 4. Аналитическое моделирование тиристоров
- 1. 2. 4. 1. Аналитическая модель статической вольтамперной характеристики тиристоров в открытом состоянии
- 1. 2. 4. 2. Процесс обратного восстановления тиристоров
- 1. 3. Радиационные методы уменьшения времени жизни ННЗ
- 1. 4. Оптимизация некоторых характеристик силовых тиристоров
- 1. 5. Выводы и постановка задачи
- 2. 1. Конструкции моделируемой структуры
- 2. 2. Профили распределения концентрации легирующей примеси
- 2. 3. Учет влияния внешней цепи на работу тиристора с «мягким» восстановлением
- 2. 4. Основные уравнения математической модели тиристора с «мягким» восстановлением
- 2. 5. Краевые и начальные условия
- 2. 6. Моделирование влияния протонного облучения на основные электрические параметры тиристора с «мягким» 58 восстановлением
- 2. 7. Моделирование влияния неоднородного легирования анодного эмиттерного перехода на основные электрические 70 параметры тиристора с «мягким» восстановлением
- 2. 8. Выводы
- 3. 1. Разработка специализированной программы обеспечения для регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии тиристоров
- 3. 2. Результаты проведения контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии тиристоров с 90 использованием компьютерной программы
- 3. 3. Разработка специализированной программы для ^ регулирования заряда обратного восстановления тиристоров
- 3. 4. Результаты проведения контролируемого регулирования заряда обратного восстановления тиристоров с использованием 101 компьютерной программы
- 3. 5. Выводы
Список литературы
- Евсеев Ю.А. Полупроводниковые приборы для мощных высоковольтных преобразовательных устройств. М.: Энергия, 1978. — 192 с.
- Евсеев Ю.А., Дерменжи П. Г. Силовые полупроводниковые приборы. -М.: Энергоиздат, 1981. 192 с.
- Герлах В. Тиристоры. М.: Энергоатомиздат, 1985. — 328 с.
- Челноков В.Е., Евсеев Ю. А. Физические основы работы силовых полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1973. — 280 с.
- Чебовский О.Г., Моисеев Л. Г., Недошивин Р. П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985.-400 с.
- Грехов И.В. Физические процессы в мощных кремниевых приборах с р-п-переходами // Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. — Л., 1972. 436 с.
- Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Мир, 1984. — 456 с.
- Шувалов Д.С. Математическое моделирование асимметричных ревер-сивно-включаемых динисторов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарева. — 2003.
- Козловский В.В. Модифицирование полупроводников пучками протонов. СПб.: Наука, 2003. — 268 с.
- Физические процессы в облученных полупроводниках / Под ред. Л. С. Смирнова. Новосибирск: Наука, 1977. 256 с
- Дерменжи П.Г., Кузьмин В. А., Крюкова Н. Н., Мамонов В. И., Павлик В. Я. Расчет силовых полупроводниковых приборов / Под ред. В. А. Кузьмина. М.: Энергия, 1980. — 184 с
- Рабкин П. Б Моделирование переходных процессов в силовых полупроводниковых приборах // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Таллин, 1983. -232 с.
- Григоренко В.П., Дерменжи П. Г., Кузьмин В. А., Мнацаканов Т. Т. Моделирование и автоматизация проектирования силовых полупроводниковых приборов. М.: Энергоатомиздат, 1988. — 280 с.
- Польский Б.С. Численное моделирование полупроводниковых приборов. Рига: Зинатне, 1986. — 168 с.
- Вавилов B.C., Ухин Н. А. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.: Атомиздат, 1969. 311 с.
- Конозенко И.Д., Хиврич В. И., Семенюк А. Б. Радиационные эффекты в кремнии. Киев: Наукова думка, 1974. 199 с.
- Вопросы радиационной технологии полупроводников / Под ред. Л.С.
- Смирнова.-Новосибирск: Наука, 1980. 296 с.
- DESSIS ISE-TCAD 7.0: User’s Manual / ISE-AG Inc. 2000. — No. 12. -432 p.
- ATLAS User’s Manual, SILVACO Int., Santa Clara, 1998.
- Gajewski et al. ToSCA-Handbuch, WIAS Berlin, 1994.
- G. Wachutka Rigorous thermodynamic treatment of heat generation and conduction in semiconductor device modeling // IEEE Trans., 1990, Vol. CAD-9, P. 1141−1149.
- Y. Okuto, C. R. Crowell Threshold energy effects on avalanche breakdown voltage in semiconductor junctions // Solid-State Electronics, 1975, Vol. 18, P. 161−168.
- J. W. Slotboom, H. C. de Graaff Measurements of Bandgap Narrowing in Si Bipolar Transistors // Solid-State Electron., 1976, Vol. 19, P. 857−862.
- J. W. Slotboom, H. C. de Graaff Bandgap Narrowing in Silicon Bipolar Transistors // IEEE Trans, on Electron Devices, 1977, Vol. ED-24, № 8, P. 11 231 125.
- D. В. M. Klaassen, J. W. Slotboom, H. C. de Graaff Unified apparent band-gap narrowing in n- and p-type Silicon // Solid-State Electronics, 1992, Vol. 35, № 2, P. 125−129.
- M. A. Green Intrinsic concentration, effective densities of states, and effective mass in Silicon // J. Appl. Phys., 1990, Vol. 67, № 6, P. 2944−2954.
- C. Lombardi, S. Manzini, A. Saporito, M. Vanzi A Physically Based Mobility Model for Numerical Simulation of Nonplanar Devices // IEEE Trans, on CAD, 1988, Vol. 7, № 11, P. 1164−1171.
- G. Masetti, M. Severi, S. Solmi Modeling of carrier mobility against carrier concentration in Arsenic-, Phosphorus- and Boron-doped Silicon // IEEE Trans, on Electron Devices, 1983, Vol. ED-30, P. 764−769.
- S. С. Choo Theory of a Forward-Biased Diffused-Junction P-L-N Rectifier. Part I: Exact Numerical Solutions // IEEETrans. on Electron Devices, 1972, Vol.1. ED-19, № 8, P. 954−966.
- N. H. Fletcher The high current limit for semiconductor junction devices // Proc. Institution of Radio Engineers, 1957, Vol. 45, P. 862−872.
- D. M. Caughey, R. E. Thomas Carrier mobilities in Silicon empirically related to doping and field // Proc. IEEE, Dec. 1967, P. 2192−2193.
- C. Canali, G. Majni, R. Minder, G. Ottaviani Electron and hole drift velocity measurements in Silicon and their empirical relation to electric field and temperature // IEEE Trans, on Electron Devices, 1975, Vol. ED-22, P. 1045−1047.
- J. G. Fossum, D. S. Lee A physical model for the dependence of carrier lifetime on doping density in nondegenerate Silicon // Solid-State Electronics, 1982, Vol. 25, № 8, P. 741−747.
- J. G. Fossum, R. P. Mertens, D. S. Lee, J. F. Nijs Carrier recombination and lifetime in highly doped Silicon // Solid-State Electronics, 1983, Vol. 26, № 6, P. 569−576.
- M. S. Tyagi, R. van Overstraeten Minority carrier recombination in heavily-doped Silicon // Solid-State Electronics, 1983, Vol. 26, № 6, P. 577−597.
- H. Goebel, K. Hoffmann Full dynamic power diode model including temperature behavior for use in circuit simulators // in Proceedings of 1992 Interna
- Ф) tional Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs, (Tokyo), 1992,1. P. 130−135.
- L. Huldt, N. G. Nilsson, K. G. Svantesson The temperature dependence of band-to-band Auger recombination in silicon // Appl. Phys. Letters, 1979, Vol. 35, № 10, P. 776.
- W. Lochmann, A. Haug Phonon-assisted Auger recombination in Si with direct calculation of the overlap integrals // Solid State Communications, 1980, Vol. 35, P. 553−556.
- R. Hacker, A. Hangleiter Intrinsic upper limits of the carrier lifetime in silicon // Journal of Applied Physics, 1994, Vol. 75, P. 7570−7572.
- Siemieniec R., Schupanski D., Sudkamp W. Lutz J. Simulation and experimental results of irradiated power diodes // Proceedings of the EPE'991.usanne. 1999, P. 13 8−143.
- Brotherton S.D., Bradley P. Defect production and lifetime control in electron and y-irradiated silicon // Journal of Applied physics. 1982. — V. 53. № 8. P.5720−5732
- Evwaraye A.D., Baliga В.J. The dominant recombination centers in electron irradiated semiconductors devices // Journal Electrochemical Society. — 1977.-V. 124. №.6. P.913−916
- Энергетический спектр уровней радиационных центров в кремниевых р±п структурах после обработки быстрыми электронами различных энергий /
- Атабиев И.Е., Горюнов Н. Н., Ладыгин Е. А. и др. // Электронная техника.
- Сер.2, Полупроводниковые приборы. 1982. -№ 5. С. 25−27
- Kuchinskii P.V., Lomako V.M. The effect of thermal and radiation defects on the recombination properties of the base region of diffused silicon p-n structures // Solid-State Electronics. 1986. -V. 29. №.10. P. 1041−1051
- Атабиев И.Е., Горюнов H.H., Ладыгин Е. А. Исследование спектра глубоких радиационных центров в п-р-п транзисторах методом релаксационной спектроскопии // Электронная техника. Сер.2, Полупроводниковые приборы. 1982. -№ 6. С. 34−37
- Jellison G.E. Transient capacitance studies of an electron trap at Ec-Et=0.105 eV in phosphorus-doped silicon // Journal of Applied physics. 1982. -V. 53. №.8. P.5715−5719
- Колодин Л.Г., Мукашев Б. Н. Рекомбинационные и электрические свойства кремния р-типа, облученного электронами // Физика и техника полупроводников. 1980. — Т. 14. № 9. С. 1756−1750
- Guogang Q., Zonglu U. The convergent effect of the annealing temperatures of electron irradiated defects in FZ silicon grown in hidrogen // Solid-State
- Communications. 1985. -V. 53. №.11. P.975−978
- Mukashev B.N., Kolodin L.G., Nussupov K.N. et al. Study of primary and secondary radiation defects formation and annealing in p-type silicon // Radiation
- Effects. 1980. -V. 46. №.1. P. 79−84
- Weinberg 1., Swartz С. K. Original reverse annealing in radiation -damaged silicon solar cells // Applied Physics Letters. 1980. — V. 36. №.8. P.693
- Исследование профиля рекомбинационных параметров кремния, облученного протонами / Булгаков Ю. В., Игнатова Е. А., Кузнецов Н. В., Яценко
- Л.А. // Физика и техника полупроводников. 1984. — Т. 18. № 9. С. 1612−1615
- Wondrak W., Silber D. Buried recombination layers with enhanced N-type conductiving for silicon power devices // Physica. 1985. — V. BC-129. — № 1−3. P.322−326
- Vobecky J., Hazdra P., Voves J. Accurate simulation of combined electron and ion irradiated silicon devices for local lifetime tailoring // Proceedings of the ISPSD. 1994. P. 265−270.
- Hallen A., Keshitalo N., Masszi F., Nagl V. Lifetime in proton irradiated silicon // J. Appl. Phys., April 1996, vol. 79, № 8, P. 3906−3914.
- Иванов A.M., Строкан Н. Б., Шуман В. Б. Свойства р±п-структур с заглубленным слоем радиационных дефектов // ФТП. 1998. — Т. 32. № 3. С. 359−365.
- Hazdra P., Rubes J., Vobecky J. Divacancy profiles in MeV helium irradiated silicon from reverse I-V measurement // Nucl. Instr. and Mech. in Phys. Res. -1999.-В 159. P. 207−217.
- Vobecky J., Hazdra P., Zahlava V. Open circuit voltage decay lifetime of ion irradiated devices // Microelectronics Journal- 1999. Vol. 30. P. 513−520.
- Feick H., Yung K. Weber E.R. Fast proton damage in bulk silicon // MURI Annual Review. Vanderbilt University. — Nashville. — TN. — October 10−11. -2000.
- Vobecky J., Hazdra P., Humbel O., Galster N. Crossing point current of electron and proton irradiated power p-i-n diodes // Microelectronics reliability. -2000.-Vol. 40. P. 427−433.
- Hazdra P., Brand K., Vobecky J. Defect distribution in MeV proton irradiated silicon measured by high-voltage current transient spectroscopy // Nucl. Instr. and Mech. in Phys. Res. -2002. В 192. P. 291−300.
- Hazdra P., Brand K., Vobecky J. Optimum lifetime structuring in silicon power diodes by means of various irradiated techniques // Nucl. Instr. and Mech. in Phys. Res.-2002.-В 186. P. 414−418.
- Гейфман E. M., Чибиркин B.B. Разработка методов контролируемого регулирования времени жизни неравновесных носителей заряда в силовых полупроводниковых приборах. Научное издание // Саранск: Изд-во Мордов. ун-та. 2000. 20 с.
- Гейфман Е.М., Чибиркин В. В. Методы контролируемого регулирования времени жизни неравновесных носителей заряда в производстве силовых полупроводниковых приборов: Учеб. пособие // Саранск: Издательство Мордовского университета. 2002. — 104 с.
- Пичугин И.Г., Таиров Ю. М. Технология полупроводниковых приборов: Учеб. пособие для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики», «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» // М.: Высш. шк. 1984. 288 с.
- Пат. 2 119 211 Россия, МКИ 6 Н 01 L 21/66. Способ регулирования величины напряжения в открытом состоянии тиристоров и диодов / Е. М. Гейфман, Г. И. Громов, Д. Д. Канев (Россия). — № 96 105 145- Заявл. 13.03.96- Опубл. 20.09.98, Бюл. № 26. — 5 л.
- Григорьев Б.И., Тогатов В. В. Измерение времени жизни неосновных носителей заряда в базовых областях диодных и тиристорных структур при больших плотностях токов // Радиотехника и электроника. 1980. — № 5. С. 1063−1071.
- Настоящим актом подтверждается, что в Научно-инженерном центре силовых полупроводниковых приборов ОАО «Электровыпрямитель» внедрены следующие результаты, полученные в диссертационной работе Д. В. Пяткина.
- Техническая информация (ТИ 12/5−1-1), описывающая разработанную математическую модель тиристора с «мягким» восстановлением.
- В результате внедрения была разработана конструкторская документация и технологический процесс изготовления тиристоров с «мягким» восстановлением типа Т443−630 (КД 12/5−017).
- Заместитель генерального директора по науке1. ОАО «Электровыпрямитель"1. В.В. Елисеев
- Директор НИЦ СПП ОАО «Электровыпрямитель"1. В.А. Мартыненко