Исследование физических процессов в кремниевых многослойных структурах, разработка математических моделей и пакета программ для автоматизации проектирования силовых тиристоров

• Автор: Юрков, С. Н.
• Шифр специальности: 05.00.00
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1981
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 215 с.

Глава первая. Обзор литературы

1.1. Вопросы моделирования характеристик СПИ

1.2. Напряжение лавинного пробоя диффузионного р-п перехода

1.3. Напряжение переключения

1.4. Обратный ток (ток утечки)

1.5. Вольтамперная характеристика тиристора во включенном состоянии

1.6. Ударный ток. Ток аварийной перегрузки

1.7. Критическая скорость нарастания анодного тока

1.8. Переходный процесс включения

1.9. Критическая скорость нарастания анрдного напряжения

1.10. Время выключения

1.11. Постановка задачи
ГЛАВА ВТОРАЯ. Исследование напряжения переключения и
максимального напряжения р-п-р-п структур
2.1. Расчет напряжения лавинного пробоя ,диффузионных . р-п переходов с распределением примеси по закону
Гаусса
2.2. Расчет максимального напряжения р-п-р-п структур
2.3. Расчет напряжения переключения
2.4. Экспериментальная проверка
2.5. Выводы
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. Исследование переходных тепловых процессов в
р-п-р-п структурах
3.1. Расчет температуры нагрева кремниевой структуры силового прибора от воздействия импульса тока перегрузки большой длительности
3.1.1. Постановка задачи
3.1.2. Метод решения уравнения теплопроводности
3.1.3. Обсуждение результатов расчета температуры
3.2. Расчет неодномерных электрических и тепловых процессов при включении р-п-р-п структур с большой скоростью нарастания анодного тока
3.2.1. Анализ переходных процессов включения р-п-р-п структур при высоких плотностях тока с учетом расширения токопроводящего канала
3.2.2. Расчет температуры р-п-р-п структуры при включении с большой скоростью нарастания анодного тока
3.2.3. 0 методике расчета предельной скорости нарастания анодного тока (di/dt)Kp
3.2.4. Расчет периметра управляющего электрода . . Ц7
3.3. Выводы
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. Пакет прикладных программ для автоматизированного проектирования силовых тиристоров "ПРОТИ"
4.1. Назначение и возможности пакета прикладных программ "ПРОТИ"
4.2. Состав ППП "ПРОТИ"
4.2.1.Модуль расчета параметров п-базы ( NBASE. )
4.2.2. Модуль расчета тока утечки ( ОЬТОК )
4.2.3. Модуль расчета времени жизни,'дырок в п-бэзе (ТАУР)

4.2.4. Модуль расчета напряжения пробоя диффузионного р-п перехода и коэффициентов умножения
4.2.5. Модуль расчета прямого падения напряжения (ВАЛ)
4.2.6. Модуль расчета тока аварийной перегрузки
( АРТОК )
4.2.7. Модуль расчета ударного тока ( В REAК )
4.2.8. Модуль расчета критического заряда включения ( Q К R.1 Т )
4.2.9. Модуль расчета времени выключения ( TBVK )
4.2.10. Модуль расчета активной площади прибора и диаметра выпрямительного элемента ( AREA )
4.3. Логическая процедура проектирования
4.4. Подготовка исходных данных для ППП "ПРОТИ"
4.5. Использование пакета "ПРОТИ" для проектирования силовых тиристоров различного назначения
4.5.1. Низкочастотные тиристоры общепромышленного назначения
4.5.2. Высоковольтные тиристоры для линий электропередач
4.5.3. Особенности расчета малоамперных низкочастотных тиристоров
4.5.4. Частотные и быстродействующие тиристоры
4.5.5. Импульсные тиристоры
4.6. Выводы
Заключение
ПРИЛОЖЕНИЕ I. Математические соотношения, используемые в
модулях ППП "ПРОТИ"

соответствует наибольшему расхождению результатов, которое согласно рис. 2.2, может составлять 30-40$ в области малых значений
Для оценки величины ошибки, связанной с использованием эффективных коэффициентов ударной ионизации проведен численный расчет Упр по формулам (1.4, 1.10—1.14), где значения °<е и брались из (1.2). Расчет показал, что в интересующем нас диапазоне значений Л/с/ (Ю^см-^ ~ Ш ~ Ю^см-^) ошибка при расчете
диффузионного р+-п перехода не превышает величины ~ 1*2$. Объясняется это не слабой зависимостью отношения У= от поля, а малостью величины ^ , обусловленной слабым умножением дырок
в высоковольтных переходах. Таким образом, использование эффективных коэффициентов ударной ионизации в рассмотренном интервале значений Л/d не приводит к существенной ошибке при расчете Unp
Расчет коэффициентов умножения проводился по известным формулам у
1-±- /<*. *Шх
~У Хп
1 - 4г = ^Ъп) /#/ F(x)d'x (2.1)
р t -*р
F(i) ~ ехр[ S (о/р-сХе) clx']
-Хр
Распределение поля в ОПЗ диффузионного р+-п перехода рассчитывалось из (1.10), значения о(е , ot^ вычислялись из (1.2),
На рис. 2.5 показан вид зависимости Мр} Мп , Му от отношения
U/lfnp • Анализ полученных зависимостей показал, что они с достаточной точностью могут быть аппроксимированы выражениями,