不同快脉冲下脉冲防护器件响应特性与防护技术研究

发布时间：2020-09-28 17:37

　　 经前门或后门耦合的电磁脉冲,尤其是上升沿为纳秒级的快脉冲,会在电子设备内部产生快上升沿,大幅值的电压或电流脉冲,会导致电子设备不能正常工作甚至损伤烧毁。由于多数脉冲防护器件的防护参数均针对雷电电磁脉冲,该参数可能不再适用于快脉冲。且防护器件由于自身特性导致在实际应用中存在不足,不仅影响防护能力甚至会影响正常工作,因此准确评价快脉冲下防护器件防护性能具有重要意义。1)基于气体放电管(GDT)、压敏电阻(MOV)以及瞬态抑制二极管(TVS)三种典型脉冲防护器件的内部结构与导通机理,对比分析典型纳秒级快脉冲与雷电电磁脉冲波形参数的差异性以及该差异性对防护器件响应特性的影响,如在快上升沿脉冲下,由于MOV内部晶粒与晶界层之间存在一定电容,导致器件导通前会有较大漏电流与尖峰电压。2)针对测试需求,研制3dB带宽为1GHz的同轴测试夹具,进而研究三种防护器件在不同快脉冲下的瞬态响应特性。首先分析了方波脉冲幅值和脉宽对三种防护器件的脉冲启动电压、尖峰电压、过冲峰值电压、箝位电压以及响应时间各项防护参数影响,发现MOV和TVS在导通前因泄漏电流与自身电感导致存在较大的尖峰电压,可通过Pspice和ADS电路建模仿真验证;其次分析了高空核电磁脉冲(HEMP)注入幅值对防护器件的过冲峰值电压、箝位电压以及响应时间各项参数的影响。最后通过最小二乘法拟合构建响应参数与注入参数的关系函数。3)首先基于脉冲防护器件的内部结构和导通机理,分析三种防护器件的主要失效模式与失效原因。然后通过实际测试,验证了MOV和TVS在HEMP作用下的失效模式多以短路失效为主。提取失效后防护器件的等效电阻值,设计失效电路模型,通过电路仿真验证该模型的正确性。最后分析快脉冲下防护器件的失效阈值,并给出几种典型脉冲下器件失效阈值的量化公式。4)为提升防护器件的防护性能,根据各防护器件的工作原理以及优缺点,提出GDT、MOV及TVS组合防护技术。考虑到防护器件的配合问题,根据提取出的器件脉冲启动电压和箝位电压,提出多种配合方式,理论分析其导通次序与导通现象,通过测试验证理论分析的正确性。利用测试系统,分析两种快脉冲下不同防护模式的响应特性与防护性能,得出串联可抑制泄漏电流和尖峰电压,并联可以减小尖峰电压、过冲峰值电压以及防止器件发生失效的结论。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN78
【部分图文】：

内部结构如图 2.5 所示：ZnO 晶粒之间通过晶界层隔离，基础单元可以近似等效为二极管，因此压敏电阻即可等效为多个二极管的串并联。图2.5 压敏电阻内部结构示意图结合结构与实际工作原理，得到压敏电阻的等效电路如图 2.6 所示。图2.6 压敏电阻等效电路图CpLnRn RlRb

单极性TVS直流伏安特性曲线

/20μsLEMP波形参数定义图

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 徐斌裕;电花隙防护器件[J];微电子学;1988年06期

2 徐斌裕,张利华;硬限幅防护器件参数测量方法[J];微电子学;1988年06期

3 周绍文;半导体电磁脉冲防护器件性能测试[J];微电子学与计算机;1989年12期

4 ;产品推荐[J];现代制造;2006年07期

5 ;陶瓷ESD防护器件[J];传感器世界;2015年07期

6 陈永光;刘进;谭志良;张希军;李名杰;;基于可控硅整流器的静电放电防护器件延迟特性[J];高电压技术;2011年12期

7 张耀辉;黄刘宏;李跃波;杨杰;刘锋;何为;熊久良;;浪涌防护器件超宽带脉冲注入测试系统设计[J];防护工程;2018年01期

8 孙海涛;聂秋梅;刘巍;胡小文;李笑然;水玲玲;周国富;;基于液晶高分子聚合物的激光防护器件[J];华南师范大学学报(自然科学版);2018年01期

9 王振兴;武占成;张希军;刘进;;典型ESD防护器件失效机理研究[J];半导体技术;2011年12期

10 马艺珂;梁海莲;顾晓峰;王鑫;刘湖云;;ESD防护器件中SCR结构开启速度的优化与分析[J];固体电子学研究与进展;2018年02期

相关会议论文 前3条

1 韩雁;霍明旭;刘岐;宋波;马庆容;朱科翰;沈晔晖;杜晓阳;董树荣;;静电放电人体模型测试标准的问题研究[A];第十届中国科协年会论文集（四）[C];2008年

2 俞阳;石立华;万浩江;周颖慧;;电涌保护器对核电磁脉冲的响应性能测试与分析[A];第17届全国电磁兼容学术会议论文集[C];2007年

3 孙相海;何胜;;电源SPD的选择和使用[A];第27届中国气象学会年会大气物理学与大气环境分会场论文集[C];2010年

相关重要报纸文章 前1条

1 本报记者 赵艳秋;ESD器件：新接口市场是热点 集成EMI方案将流行[N];中国电子报;2009年

相关博士学位论文 前6条

1 梁海莲;集成电路高压ESD防护器件的研究[D];江南大学;2014年

2 曾杰;集成电路新型ESD防护器件研究[D];浙江大学;2016年

3 鄢永明;静电放电及其防护器件研究[D];湖南大学;2016年

4 杨兆年;CMOS工艺静电保护电路与器件的特性分析和优化设计[D];西安电子科技大学;2015年

5 马飞;先进工艺下集成电路的静电放电防护设计及其可靠性研究[D];浙江大学;2014年

6 杜晓阳;CMOS射频集成电路片上ESD防护研究[D];浙江大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 田鑫;纳米集成电路的ESD器件及防护电路研究[D];西安电子科技大学;2019年

2 张小威;不同快脉冲下脉冲防护器件响应特性与防护技术研究[D];西安电子科技大学;2019年

3 王梁浩;2*4阵列超低电容ESD保护器件的设计[D];电子科技大学;2019年

4 许海龙;基于BJT与SCR的片上ESD防护研究[D];郑州大学;2019年

5 王鑫;高维持电压ESD防护器件设计及抗闩锁研究[D];江南大学;2018年

6 马艺珂;集成电路ESD防护器件开启速度及温度特性的研究[D];江南大学;2018年

7 艾丽云;基于深亚微米工艺ESD防护器件与防护网络研究[D];国防科学技术大学;2016年

8 马浪凯;强电磁脉冲下传导防护器件瞬态响应特性研究[D];西安电子科技大学;2018年

9 张晓敏;电磁脉冲防护器件电气参数测试研究[D];东南大学;2017年

10 朱科翰;CMOS集成电路片上静电放电防护器件的设计与分析[D];江南大学;2008年

本文编号：2829065