RSD结构优化及其评估方式研究
脉冲功率技术是现代一项重要工程应用技术，在军事和工业领域中有着广泛的应用前景。脉冲功率开关是脉冲功率系统中的核心部件之一。反向开关晶体管RSD(Reversely Switched Dynistor)是由俄罗斯科学家 Grekhov和他的同事在1980s提出的借助可控等离子体层换流的半导体脉冲功率开关。相较于传统结构的晶闸管和常见的一些半导体脉冲功率开关器件，RSD通流能力强，具有较高的di/dt和μs级的开通时间，以及易于串联等优点。 RSD是一种pnpn四层结构器件，阳极是交替排布p+n+结构，其触发模型为准二极管模型。本文基于半导体物理基本方程和 RSD的典型器件参数，通过二维有限差分的方法建立RSD器件的数值器件模型。仿真研究其运行机理以及RSD基区参数对其开通特性的影响以提高器件可靠性；分析采用缓冲层结构的RSD的器件特性，并通过正交试验设计的方式评估缓冲层结构 RSD的器件参数，找出最优参数组合。 研究结果展示了RSD在开通过程中等离子体的变化趋势，并提出特征区域的电荷量与RSD上的电压存在对应关系；得到了RSD基区参数与开通特性指标（即开通电压峰值UFmax）之间的联系，即当n基区浓度提高时，起初会略微降低UFmax，而后在掺杂浓度1×1015cm-3附近急剧提高，UFmax会因n基区和p基区厚度降低而降低，尤其是在p基区大于70μm时变化明显；通过RSD开通实验结果与仿真结果的对比验证了模型。 本文还对比讨论了不同缓冲层参数组合的缓冲层结构RSD和典型的传统结构RSD的器件。仿真结果表明缓冲层结构RSD的通态特性表现优异，最多可以降低43％的UFmax和35％的功耗，其关断速度与传统结构RSD相近。采用正交试验设计的方法评估了缓冲层RSD参数，得到耐压2700V时最优的参数组合为：缓冲层厚度10μm，缓冲层掺杂浓度1×1017cm-3，p+区掺杂浓度1×1020cm-3，n+区掺杂浓度1×1021cm-3。研究结果为以后的器件设计提供了思路。
反向开关晶体管;脉冲功率技术;结构优化;正交设计
华中科技大学
硕士
微电子学与固体电子学
梁琳
2013
中文
TN323.6;TN303
63
2015-07-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）