低导通电阻碳化硅光导开关研究

发布时间：2017-08-21 10:04

  本文关键词：低导通电阻碳化硅光导开关研究

  更多相关文章： SiC光导开关 微带电路 离子注入 最小导通电阻 光斑尺寸

【摘要】：光导开关是一种光控电开关,因其可容功率大、体积小、耐击穿电压高、导通电阻小、响应速度快、重复频率高、抖动小和可靠性高等特点,逐渐受到脉冲功率领域学者们的关注,也因其能产生皮秒量级的电脉冲而在太赫兹领域受到重视。伴随着SiC单晶材料生长技术的日益成熟和其优异的半导体性能,促进了SiC光导开关的研究。本文研究了以4H-SiC为基体材料的平面型光导开关。简要介绍了光导开关的研究背景、工作原理以及发展历史。根据材料内部载流子连续性方程,理论模拟了SiC光导开关的输出特性。基于测试电路的原理,利用相关软件对测试电路进行了仿真模拟,确定了电容等电路元件参数,搭建了光导开关实验测试平台。重点研究了影响开关导通特性的因素。在开关的研制工艺方面,研究了离子注入工艺对开关导通性能的影响,结果表明,磷离子注入可以明显减小开关的导通电阻,提高其导通性能。对于开关的外部工作条件,研究了触发光脉冲特性对光导开关导通特性的影响,改进了实验系统中的光路,优化了激光光斑尺寸和能量分布。结果表明,光斑优化能够通过增加材料对光的吸收效率降低开关的导通电阻,并有效地减小导通时材料内局部电流密度,降低器件的损伤概率。在上述研究的基础上,研制了耐压值大于10 kV,最小导通电阻为3.17Ω/mm的高性能平面型4H-SiC光导开关。
【关键词】：SiC光导开关 微带电路 离子注入 最小导通电阻 光斑尺寸
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM564
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 符号对照表9-10
• 缩略语对照表10-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景13-15
• 1.2 SiC光导开关研究现状15-16
• 1.3 本文的工作安排16-19
• 第二章 碳化硅光导开关理论研究19-25
• 2.1 光导开关理论研究19-21
• 2.1.1 半导体材料的电导率和迁移率19-20
• 2.1.2 半导体材料的导通特性20-21
• 2.2 碳化硅光导开关输出特性理论模拟21-24
• 2.2.1 载流子的分布21-22
• 2.2.2 方程的离散化求解22-23
• 2.2.3 理论模拟结果与分析23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第三章 光导开关的制备及测试平台25-35
• 3.1 碳化硅的材料选择25-26
• 3.1.1 材料的参数25-26
• 3.2 光导开关结构设计与制备26-28
• 3.2.1 开关的结构26-27
• 3.2.2 制备流程27-28
• 3.3 测试平台28-34
• 3.3.1 电路原理28-29
• 3.3.2 电路元件参数29-30
• 3.3.3 微带电路的引入30-33
• 3.3.4 系统搭建33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 碳化硅光导开关导通电阻特性研究35-45
• 4.1 有无离子注入对开关导通电阻的影响35-37
• 4.1.2 无离子注入时的最小导通电阻35-36
• 4.1.3 增加离子注入工艺后的最小导通电阻36-37
• 4.2 触发光能量对最小导通电阻的影响37
• 4.3 激光光斑大小对最小导通电阻的影响37-41
• 4.3.1 光斑优化理论研究38-39
• 4.3.2 光斑优化实验研究39-41
• 4.4 不同偏置电压下器件的输出特性41-42
• 4.5 本章小结42-45
• 第五章 总结与展望45-47
• 5.1 本文总结45
• 5.2 展望未来45-47
• 参考文献47-51
• 致谢51-53
• 作者简介53-54

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本文编号：712234