Математическое моделирование асимметричных реверсивно-включаемых динисторов

• Автор: Шувалов, Денис Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Саранск
• Количество страниц: 114 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Анализ методов расчета и моделирования реверсивновключаемых динисторов

1.1.1. Конструкция и физические основы работы реверснвновключаемого динистора

1.1.2. Асимметричный реверсивновключаемый динистор

1.1.3. Теория квазидиодной работы реверсивновключаемого динистора

1.2. Анализ современного состояния математического моделирования полупроводниковых приборов

1.3. Основные уравнения для моделирования силовых полупроводниковых приборов

1.3.1. Феноменологическая система дифференциальных уравнений полупроводника

1.3.2. Квазнпотенциалы Ферми

1.3.3. Сужение ширины запрещенной зоны
1.3.4. Подвижность носителей заряда
1.3.5. Рекомбинация носителей заряда
1.3.6. Лавинная генерация носителей заряда
1.3.7. Тепловые свойства кремния
1.4. Выводы и постановка задачи
ГЛАВА И. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АСИММЕТРИЧНОГО РЕВЕРСИВНОВКЛЮЧАЕМОГО
ДИНИСТОРА
2.1. Конструкция моделируемой структуры
2.1.1. Учет краевого профиля
2.1.2. Элементарная структура реверсивновключаемого динистора
2.2. Профили распределения концентрации легирующей
примеси
2.3. Рекомбинационные центры, создаваемые в процессе электронного и протонного облучения
2.4. Учет влияния внешней цепи на работу асимметричного реверсивновключаемого динистора
2.5. Основные уравнения математической модели асимметричного реверсивновключаемого динистора
2.6. Краевые условия
2.7. Начальные условия
2.8. Выводы
ГЛАВА III. АПРОБАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ АСИММЕТРИЧНОГО РЕВЕРСИВНОВКЛЮЧАЕМОГО
ДИНИСТОРА
3.1. Оптимизация конструкции асимметричного реверсивновключаемого динистора
3.2. Исследование переходных процессов коммутации тока асимметричным реверсивновключаемым динистором
3.3. Сравнение расчета с экспериментом
3.3. Моделирование влияния облучения на основные электрические параметры асимметричных реверсивновключаехмых динисторов
3.4. Выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Кроме того, не учитываются эффекты высокого уровня инжекции, имеющие место при работе РВД, (электронно-дырочное рассеяние и Ожс-рекомбинация), влияние концентрации легирующей примеси на ширину запрещенной зоны полупроводника, подвижность и время жизни неравновесных носителей заряда, неоднородное по объему распределение температуры. В последнее время, для регулирования электрических параметров силовых полупроводниковых приборов (СПП) широко используются электронное и протонное облучение, которые также не рассматриваются в рамках теории квазидиодной работы РВД. Поэтому результаты данной работы следует считать оценочными. Поэтому для расчета основных электрических параметров РВДА по заданным геометрическим и электрофизическим параметрам полупроводниковой структуры необходимо создание неодномерной математической модели РВДА свободной от вышеуказанных ограничений. Известно, что до настоящего времени применительно к РВД и РВДА задачи такого уровня не решались. Таким образом, исходя из вышеизложенного вытекает цель работы. Под основными электрическими параметрами РВД и РВДЛ (рис. Ио! II тм - амплитуда пика прямого напряжения в открытом состоянии при включении, ит - установившееся напряжение в открытом состоянии, Ц - время выключения. Мелыо работы является разработка неодномерной математической модели РВДА учитывающей: влияние размеров диодных и тиристорных секций, а так же распределение концентрации легирующей примеси в них; эффекты высокого уровня инжекции; влияние концентрации легирующей примеси на электрофизические параметры полупроводниковой структуры; природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе электронного или протонного облучения; условия работы РВДА в составе электрической схемы. Исследовать с помощью разработанной модели влияние природы и характера распределения концентрации рекомбинационных центров, образующихся в процессе электронного или протонного облучения, на основные электрические параметры РВДА. Методы исследования. Проводится расчет основных электрических параметров РВДА по заданным геометрическим и электрофизическим параметрам его полупроводниковой структуры численными методами с использованием возможностей программы ВЕ (Е-ТСАО) []. Разработана квазитрехмерная математическая модель РВДА в радиально-симметричном приближении описывающая реальную полупроводниковую структуру в виде множества повторяющихся элементарных структур цилиндрической формы. Исследовано влияние геометрических и электрофизических параметров полупроводниковой структуры РВДА на его основные электрические параметры. Исследовано влияние размеров диодных и тиристорных секций полупроводниковой структуры РВДА на его основные электрические параметры. Показано, что иаилучшее сочетание электрических параметров прибора достигается при одинаковых размерах анодного и катодного шунтов. Исследовано распределение концентрации неравновесных носителей заряда в диодных и тиристорных секциях полупроводниковой структуры РВДА при его работе. Исследовано влияние природы и характера распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе электронного или протонного облучения, на основные электрические параметры РВДА. Показано, что повышение дозы облучения приводит к увеличению значений установившегося напряжения в открытом состоянии, амплитуды пика прямого напряжения в открытом состоянии при включении и к уменьшению времени выключения РВДА. 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 асимметричного реверсивно-включаемого динистора. Значения основных электрических параметров, рассчитанных по разработанной модели РВДА, соответствуют средним значениям экспериментальных данных с максимальным отклонением 9 %. Зависимости основных электрических параметров РВДА от природы и характера распределения рекомбинационных центров, образующихся в процессе электронного или протонного облучения.