Моделирование физических процессов в мощных многослойных структурах на основе карбида кремния

• Автор: Тандоев, Алексей Григорьевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ.
Введение.
1 Обзор литературы.
1.1 Фундаментальные ограничения характеристик кремниевых силовых полупроводниковых приборов.
1.2 Механизмы рассеяния, определяющие транспорт носителей зарядов в полупроводниках.
1.3 Особенности температурной зависимости процесса включения тиристорной структуры на основе карбида кремния.
1.4 Критический заряд включения р-п-р-п структур.
1.5 Выводы по обзору литературы и постановка задачи.
2 Учет электронно-дырочного рассеяния в карбиде кремния.
2.1 Электронно-дырочное рассеяние в материалах полупроводниковой электроники.
2.2 Описание методики определения константы электронно-дырочного рассеяния.
2.3 Процедура определения константы электронно-дырочного
рассеяния.
2.4 Численный эксперимент.
2.5 Выводы.
3 Процесс включения тиристорной структуры на основе карбида
кремния.
3.1 Обсуждение опубликованных экспериментальных данных.
3.2 Аналитическая модель для расчета постоянной нарастания тока тг при включении тиристора.
3.3 Температурная зависимость тг.
3.4 Зависимость тг от уровня инжекции.
3.5 Обсуждение полученных результатов и выводы.

4 Модель критического заряда включения для тиристоров на основе
карбида кремния.
4.1 Обсуждение опубликованных экспериментальных данных.
4.2 Механизм формирования Окр в тиристорных структурах на основе карбида кремния.
4.3 Аналитическая модель С!,ф в тиристорах на основе карбида кремния.
4.4 Численный эксперимент и сопоставление результатов расчета с аналитической моделью.
4.5 Учет дополнительных факторов, влияющих на величину критического заряда включения.
4.6 Обсуждение полученных результатов и выводы.
Заключение.
Литература.

ВВЕДЕНИЕ.
Актуальность. Силовые полупроводниковые приборы имеют очень широкое применение. Их развитие идет по пути совершенствования их характеристик, приводящего например, к росту величины блокируемого напряжения, увеличению рабочего тока, росту допустимых значений рабочей температуры, уменьшению времени включения и времени восстановления блокирующей способности и т.д.
До настоящего времени основным материалом, применяемым для изготовления силовых полупроводниковых приборов является кремний. Если требования к величине блокируемого напряжения, величинам рабочего тока и рабочей температуры не слишком велики, то кремний удовлетворяет требованиям, предъявляемым к материалу для изготовления силовых полупроводниковых приборов.
Однако основные характеристики полупроводниковых приборов взаимосвязаны настолько, что это не позволяет существенно повысить величины одних характеристик без значительного ухудшения других важных характеристик, например величины прямого падения напряжения, величины рабочего значения прямого тока, величины обратного тока, динамических параметров, коммутационных прямых и обратных потерь и т.д. Кроме того, существуют фундаментальные ограничения, препятствующие улучшению характеристик кремниевых приборов. Рассмотрим физические явления, приводящие к фундаментальным ограничениям для использования кремния в качестве материала силовой электроники.
Известно, что для увеличения блокируемого напряжения необходимо использовать все более и более высокоомный кремний, иными словами уменьшать концентрацию легирующей примеси. Создание материалов, в частности кремния с малой концентрацией примеси - это сложная и дорого-

учете влияния ЭДР вид уравнений переноса усложняется. В изотермических условиях вместо выражений для плотностей токов электронов и дырок (2.1) надо использовать следующие выражения:
Л = Ч"Р"Ё+ФУ" - ЧРР'Ё + фуР;
Зр=ЧРМРрЁ-фУр-ЧГ1МрЁ-фУ”-Отметим, что уравнениям (2.3) можно придать привычный вид, присоединяя члены увлечения к дрейфовым и диффузионным слагаемым
Л = ЧпР„Ё + дВуп,
УР - ЧРРрЁ- чОрУр; (2.3а)

р„ =Рп --/Д;

Д, =я;+ц?;

П=Ор+1У; р р р ’
р„Р(Рр*+Рр).
Рп “ Рп

, РрРп Рп=р„Р——;
„ Рр„(Рпр+Рп)
р1 = Рр д ;

Рр=Рр»-у-’
Ь=РпрРр„+Р„рРр+Рр„Рп-, Рпр _ И .
Ррп р'
и выполняются соотношения Эйнштейна для компонент