Разработка и экспериментальная проверка статической модели расчёта максимального управляемого тока МОП тиристора

• Автор: Чернявский, Евгений Вадимович
• Шифр специальности: 01.04.10, 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Оглавление
Введение

Г лава 1. Обзор литературы.

1.1 Области применения силовых полупроводниковых приборов

1.2. Основные типы силовых полупроводниковых приборов

1.2.1. Мощные диоды.

1.2.2. Мощные МОП транзисторы.

1.2.3. Биполярно полевые транзисторы ЮВТ

1.2.4. Запираемые тиристоры ОТО.

1.3. МОП управляемые тиристоры.

1.4. Высоковольтная полевая изоляция приборов

1.5. Методы снижения статических потерь
1.6 Снижение динамических потерь радиационным методом
регулирования времени жизни носителей
1.7. Выводы и постановка задачи
Глава 2. Критерий оценки максимальной управляемой плотности тока
выдвинутый на основе анализа модели РТ рьп диода с катодом,
шунтированным МОП транзистором.
2.1. Принципиальная эквивалентная схема МОП тиристора
2.2 Динамическое моделирование принципиальной эквивалентной
схемы МОП тиристора
2.3 Структура МОП тиристора
2.4. модель РТ рьп диода.
2.5. Моделирование анодного шунтирования.
2.6. Моделирования влияния напряжения затвора на ВАХ модели рьп
2.7 Проект траншейного МОП управляемого тиристора
Глава 3. Изготовление экспериментального МОП тиристора и
экспериментальная проверка предложенного критерия определения
максимального управляемого тока.
3.1 Выбор материала для изготовления высоковольтного тиристора.
3.2 Охранная изоляция периферии МОП тиристора.
3.3. Статические вольт амперные характеристики МОП
тиристора.
3.4. Регулирование времени жизни носителей в МОП тиристоре
облучением электронами
3.5. Динамические характеристики МОП тиристора
Основные результаты и выводы
Заключение
Литература


Длина канала выключающего Р канального транзистора 1 рм, изготовленного по ДМОП технологии (двойная боковая диффузия доноров и акцепторов под маску поликремния). Элементарная ячейка состоит из матрицы 5x5 N+ эмиттеров, в центре ячейки эмиттер убран, сформирован сток для включающего N канального МОП транзистора в N- базу. Плавающие охранные кольца (FGR - Float Guard Rings) обеспечивающие работу тиристора до напряжения В. Стоп канальный конденсатор по периферии кристалла, выравнивающий потенциал при переходе от края кристалла к охранным кольцам. Анодное шунтирование, уменьшающее время рассасывания избыточного заряда в N" базе. Регулирование времени жизни носителей методом облучения электронами с энергией 2 МэВ с целью уменьшения динамических потерь на фронте выключения тиристора. Применение трехслойной металлизации анода Ti-N-Ag. Испытания МОП тиристора при токах, близких к максимальным управляемым (- А), предполагают распайку кристалла в корпус. Были использованы 3 типа корпусов для высоковольтной электроники, с распайкой кристалла, как на воздухе, так и в водородной атмосфере. На основе сравнения ВАХ кристаллов сделан вывод о безусловной необходимости распайки кристалла в корпус в водородной атмосфере, так как при распайке на воздухе падение напряжения в открытом состоянии возрастает в 1. Целью работы являлось исследование физических принципов работы МОП тиристора и экспериментальное обоснование моделей для оптимизации параметров приборов на их основе. Создание экспериментального образца МОП тиристора для проверки предложенной модели. Предложена и обоснована модель р-ьп диода с катодом, шунтированным МОП транзистором физически эквивалентная МОП тиристору в открытом состоянии и до момента необратимого ограничения тока. Проведено моделирование анода с шунтированием. Анод с шунтированием в модели заменяется сплошным анодом с пониженной концентрацией примеси, которая определяется из экспериментальных данных. Обоснована эквивалентность замены шунтированного анода на анод с пониженной инжекцией в модели. Данная модель позволяет хорошо описать концентрацию дырок в области катода. Предложен критерий оценки максимальной управляемой плотности тока в МОП тиристоре на основе разработанной модели, заключающийся в сравнении концентрации свободных электронов с концентрацией примеси акцепторов, в Р базе. Данный критерий применим для других типов тиристоров. Предложено использование облучения электронами МОП тиристора для увеличения плотности управляемого тока. Предложена структура траншейного (Trench) МОП тиристора с максимальной управляемой плотностью тока в 1. Для физически эквивалентной модели МОП тиристора возможен статический расчет максимальной управляемой плотности тока, который ранее моделировался только динамически. Сохранение управляемости МОП тиристора при больших плотностях тока в случае меньшего времени жизни носителей связано с тем, что в этом случае концентрация свободных электронов в прикатодной области Р базы не возрастает. Экспериментально это наблюдается как увеличение максимальной управляемой плотности тока при уменьшении времени жизни носителей после облучения. Распределение поля ОПЗ (области пространственного заряда) затвора зависит от геометрии и взаимного расположения N эмиттера и затворного электрода. Увеличение тока дырок в область Р истока приводит к увеличению максимальной управляемой плотности тока МОП тиристора. В этой связи предложена схема нового прибора силовой электроники - траншейного (Trench) МОП тиристора. Усиление влияния поля ОПЗ происходит за счет вертикального расположения затвора и приводит к увеличению максимальной управляемой плотности тока в 1,5 раза. Предложена и подтверждена экспериментально простая модель расчета максимального управляемого тока в МОП тиристоре, рассчитываемая статически. На основе предложенной модели разработан и изготовлен экспериментальный МОП тиристор. Достигнуты рекордные показатели плотности управляемого тока 0-0 А/см2, в 1,5-2 раза превышающие описанные в литературе. На основе радиационной модификации проведена оптимизация динамических характеристик МОП тиристора.