Математическое моделирование тиристора с "мягким" восстановлением и создание специализированной программы для контролируемого регулирования основных параметров тиристоров при электронном облучении

• Автор: Пяткин, Денис Викторович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 121 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

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 приборов

1.2.3. Численное моделирование тиристорных структур

1.2.4. Аналитическое моделирование тиристоров

1.2.4.1. Аналитическая модель статической вольтампсрной 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
ГЛАВА И. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
ТИРИСТОРА С МЯГКИМ ВОССТАНОВЛЕНИЕМ
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
восстановлением
2.7. Моделирование влияния неоднородного легирования анодного эмиттерного перехода на основные электрические параметры тиристора с мягким восстановлением
2.8. Выводы ГЛАВА III. РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОТКРЫТОМ состоянии и
ВЕЛИЧИНЫ ЗАРЯДА ОБРАТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ТИРИСТОРОВ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ В УСЛОВИЯХ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
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 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 1 компьютерной программы
3.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Используя разработанную математическую модель, провести исследование влияния протонного облучения тиристора с «мягким» восстановлением на его электрические параметры: импульсное напряжение в открытом состоянии, амплитуду тока обратного восстановления, коэффициент формы тока обратного восстановления. Методы исследования. Проводится расчет основных электрических характеристик тиристора с «мягким» восстановлением по заданным геометрическим и электрофизическим параметрам его полупроводниковой структуры численными методами с использованием возможностей * программы Пезэ (Е-ТСЛО) []. Разработана квазитрехмерная математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением в радиально-симметричном приближении, позволяющая рассчитывать статическую вольтамперную характеристику тиристора в открытом состоянии, а также процесс обратного восстановления тиристорной структуры при приложении к ней обратного напряжения и учитывающая: влияние концентрации легирующей примеси на ширину запрещенной зоны полупроводника, время жизни и подвижность носителей заряда; природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе электронного или протонного облучения; условия работы тиристора в составе электрической схемы. Показано, что протонное облучение со стороны анода, с положением максимума рекомбинационных дефектов в п-базовой области в окрестности анодного эмиттерного р-п перехода является наиболее оптимальным способом облучения тиристоров с «мягким» восстановлением. Показано, что при расположении низколегированного канала под п+-слоем, размер которого равен =0 мкм, при расстоянии между шунтами тиристора мкм после протонного облучения в п-базу тиристора, в окрестность анодного эмиттерного перехода со стороны анода, достигается лучшее сочетание параметров обратного восстановления (амплитуды тока обратного восстановления и коэффициента формы тока обратного восстановления при заданном значении импульсного напряжения в открытом состоянии) тиристора с «мягким» восстановлением. Разработана специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров, на основе аналитических выражений, устанавливающих взаимосвязь регулируемых параметров от дозы облучения для каждого прибора облучаемой партии в условиях серийного производства. Практическая ценность и реализация результатов. Практическая ценность работы заключается в том, что в ней разработана и апробирована на практике для решения задач проектирования математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением. Значения основных электрических параметров, рассчитанных по разработанной модели тиристора с «мягким» восстановлением, соответствуют средним значениям экспериментальных данных с максимальным отклонением 9,8 %. На основе аналитических соотношений создана специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления в процессе серийного производства. Применение разработанной программы позволяет обеспечить -% попадание в заданный диапазон значений регулируемых электрических параметров. На основе результатов, полученных в работе, были разработаны конструкторская документация и технологический процесс изготовления тиристоров с «мягким» восстановлением, а также специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров в условиях серийного производства, которая используется на ОАО «Электровыпрямитсль». Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях по силовым полупроводниковым приборам (РЗ’, Прага г. РС1М , Нюрнберг г. Фундаментальные и прикладные проблемы физики” (Саранск, г. Огаревские чтения” (Саранск, г. Средневолжского математического общества под руководством профессора Воскресенского Е. В. (Саранск, г. Мордовском государственном университете имени Н. П. Огарева (Саранск, ,, и г.