Применение высокоэнергетичных электронов в технологии силовых кремниевых приборов для улучшения их динамических и статических параметров

• Автор: Коновалов, Михаил Павлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 154 с.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА I. АНАЛИЗ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ СПП И ВОЗМОЖНЫХ ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ РТП ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ

ИХ ХАРАКТЕРИСТИК.

1.1 Современное состояние производства и применения СПП

1.2 Анализ функционирования различных типов СПП и проблемы оптимизации

их статических и динамических характеристик

1.3 Физические процессы в кремниевых структурах при РТП с

применением высокоэиергетичных электронов

1.3.1 Объемные радиационные эффекты, возникающие в кремнии при

облучении высокоэнергетичными электронами

1.3.1.1 Первичные физические процессы

1.3.1.2 Механизм образования, физическая природа глубоких радиационных центров
1.3.1.3 Термостабильность и кинетика отжига радиационных центров.
1.3.1.4 Изменение основных электрофизических параметров кремния при
облучении быстрыми электронами.
1.3.2 Поверхностные радиационные эффекты.
1.3.3 Изменение характеристик МОП и биполярных кремниевых структур при облучении быстрыми электронами.
1.3.3.1 Диодные структуры
1.3.3.2 Биполярные транзисторные структуры.
1.3.3.3 МДПтранзисторные структуры
1.3.4 Выводы и постановка задач исследований.
ГЛАВА П. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМЫХ ПРИБОРНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СТРУКТУР И ИХ КОНСТРУКТИВНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДИКИ И ОБОРУДОВАНИЕ
2.1 Обоснование выбора типов диодных и транзисторных кремниевых структур,
их конструктивнотехнологические особенности и характеристики
2.2 Методика и оборудование радиационной обработки высокоэнергетическими электронами и термического отжига
2.3 Методики и аппаратура измерения вольтфарадиых характеристик и релаксационной спектроскопии глубоких уровней в полупроводниковых структурах
2.3.1 Методика релаксационной спектроскопии глубоких уровней
2.3.2 Измеритель релаксации емкости.
2.3.3 Методика расчета параметров глубоких уровней из спектра РСГУ
2.4 Аппаратура для измерения статических параметров диодных
и транзисторных структур
2.4.1 Измеритель характеристик полупроводниковых приборов Л2.
2.4.2 Измеритель статических параметров мощных транзисторов и диодов Л
2.4.3 Метод и аппаратура для измерения емкостей транзисторов
2.5 Методики и аппаратура измерения импульсных параметров диодных
и транзисторных структур
2.5.1 Время восстановления обратного сопротивления диодных структур.
2.5.2 Время переключения биполярных транзисторов
2.5.3 Время переключения ЮВТ транзисторов.
ГЛАВА III. ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ,
ПОВЫШЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ И РАДИАЦИОННОЙ СТОЙКОСТИ СИЛОВЫХ ДИОДНЫХ И ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР
С ПРИМЕНЕНИЕМ РАДИАЦИОННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
3.1 Диодные силовые структуры с рп переходом.
3.1.1 Влияние режимов операций РТП на импульсночастотные и статические параметры
3.1.2 Повышение радиационной стойкости.
3.1.3 Результаты по улучшению электрических параметров диодных структур
методом РТП
3.2 Транзисторные структуры.
3.2.1 Влияние операций РТП на динамические и статические параметры.
3.2.2 Повышение стойкости к импульсной радиации
3.2.3 Результаты использования РТП для улучшения комплекса электрических параметров транзисторных сгруктур Дарлингтона.
ГЛАВА IV. УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРНЫХ СТРУКТУР С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ МЕТОДОМ РТП С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЫСТРЫХ ЭЛЕКТРОНОВ.
4.1 Улучшение динамических параметров
4.2 Изменение статических параметров ЮВТ при РТП.
4.3 Оптимизация режимов радиационного технологического процесса для получения наилучшего сочетания статических и динамических параметров
ЮВТ транзисторов.
4.4 Результаты использования РТП для улучшения комплекса электрических
параметров ГСВТ транзисторов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


В настоящее время в мире лишь энергии используется оптимально для обеспечения функционирования оборудования с точки зрения минимизации потерь путем применения высокоэффективных методов управляемого преобразования электроэнергии сети в энергию управления объектом. Очевидным решением этой проблемы является внедрение энерго и ресурсосберегающих технологий. В основе большинства подобного рода технологий лежит использование высокоэффективных преобразователей электрической энергии устройств силовой электроники, построенных на базе мощных полупроводниковых приборов с высокими эксплуатационными характеристиками. Широкое использование таких приборов позволяет получить значительный экономический эффект 1,2. Силовая полупроводниковая электроника в России, как и вся электроника в целом, в силу известных причин и результатов реформирования экономики в настоящее время не соответствует темпам развития полупроводникового производства в передовых странах. Тем не менее, есть основания предполагать, что, именно развитие силовой полупроводниковой электроники может стать толчком к подъему отечественной электронной промышленности в целом. Несмотря на интенсивный импорт зарубежных электронных компонентов в России остается ряд крупных производителей приборов силовой полупроводниковой электроники АООТ ВЗПГГ г. Воронеж, ОКБ Искра г. Ульяновск, ОАО Контур г. Чебоксары, АОЗТ ЭПЛ г. Зеленоград, АО БЗПП г. Брянск, ОАО Электровыпрямитель г. Саранск, ЗАО ПротонЭлектротекс г. Орел и др. Они не только сохранили свою технологическую базу, но и расширили ее, закупили лицензии у передовых европейских, американских и японских фирм, организовали аттестацию продукции по международным стандартам. Этими предприятиями освоено производство почти всей номенклатуры современных приборов силовой электроники с параметрами, приближающимися к зарубежным. К мощным полупроводниковым приборам, применяемым в устройствах и системах силовой электроники, можно отнести следующие типы приборов мощные диоды i, диодные мосты и выпрямители, традиционные биполярные мощные транзисторы БМТ или ВРТ, полевые мощные транзисторы с управляющей МОПструктурой МОПТ или , биполярные транзисторы с изолированным затвором БТИЗ или I, тиристоры различных типов, силовые интегральные схемы 1, интеллектуальные силовые интегральные схемы I. Объемы продаж всех указанных типов СПИ составляют на сегодня примерно млрд. Структурный состав мирового рынка силовых полупроводниковых приборов приведен на рис. Выпрямление сети переменного тока является первым этапом процесса преобразования электроэнергии, в связи с этим нельзя не упомянуть о приборах, которые являются основой силовой электроники силовых диодах. Они занимают значительную долю рынка и находят широкое применение для высоковольтных сильноточных промышленных приложений, таких как электросварка, зарядные устройства, источники питания, тяговый привод и многих других. В схемах преобразовательной техники очень важным является поведение силового диода при переключении его свойства при переходе от протекания прямого тока к блокированию обратного напряжения обратное восстановление и наоборот, к пропусканию прямого тока после интервала блокирования прямое восстановление. Обратное восстановление диода происходит в три этапа рис. Обычно более или менее сложную реальную схему, в которой работает переключающийся диод, можно представить эквивалентной схемой, изображенной на рис. Перед началом выключения через диод течет прямой ток 1р. Затем ключом Кл к диоду через индуктивность Ь подключается источник обратного смещения величиной и,нР. Сг. Ь. Через время Ь Ь 1,, ир. За это время происходит удаление дырок из области базы около рп перехода гак называемое рассасывание заряда неосновных носителей. Удаление дырок происходит вследствие двух процессов, идущих параллельно дырки из базы уносятся псе возрастающим обратным током, а также рекомбинируют с электронами, причем скорость рекомбинации прямо пропорциональна текущей концентрации дырок и обратно пропорциональна времени жизни дырок в базе. Кроме того, протекающий через диод ток перераспределяет оставшиеся дырки по толщине базы.