新型绝缘栅型光电导开关的器件设计与优化
发布时间：2021-04-25 19:10
光电导开关因其高耐压、高功率、响应快及工作不受电磁干扰等优良特性,在功率器件与超快器件里备受关注,使其在高功率超宽带脉冲产生领域和超快电子学等学科领域中有着广阔的发展前景,有潜力成为脉冲产生系统中的核心部件。本文分析了光电导开关的国内外发展现状及目前实用化进程中存在的问题,在分析对比第一代半导体Si和第二代半导体GaAs等不同半导体材料的物理特性后,选取掺铁半绝缘氮化镓衬底作为器件的衬底材料,设计耐压能力为10kV且能用532nm激光触发的氮化镓光电导开关。当前传统纵向结构氮化镓光电导开关的击穿场强远小于本征禁带宽度对应的理论值,本文分析其原因后,首先提出了垂直双扩散绝缘栅型光电导开关结构—在光电导开关传统结构基础上增加垂直双扩散场效应晶体管元胞阵列,即引入了一个可由栅压控制的反向pn结,不仅利用空间电荷区对半绝缘GaN:Fe内载流子的驱逐作用降低高压漏电流,而且基于栅极快速开通特性该pn结的电压可以动态转移给光触发区,并将所提出新型器件结构在Silvaco平台中进行建模仿真。然后逐一分析了器件的静态特性、动态特性及光电流的输出特性。建模仿真结果证明,与传统型相比,垂直双扩散绝缘栅型光...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 光电导开关器件简介
1.2 光电导开关技术发展现状
1.3 宽禁带功率器件国内外发展现状
1.4 本文研究内容与意义
2 VDIG-PCSS结构设计与建模
2.1 结构设计与工作原理
2.2 器件仿真工具
2.2.1 Silvaco TCAD简介
2.2.2 Devedit模块
2.2.3 Atlas模块
2.3 VDIG-PCSS器件建模
2.3.1 选取物理模型
2.3.2 器件模型
2.4 本章小节
3 VDIG-PCSS静态特性仿真与结果分析
3.1 静态特性分析
3.2 静态参数优化
3.2.1 横向变掺杂作用验证
3.2.2 外延层的参数优化
3.3 本章小节
4 VDIG-PCSS动态特性仿真与结果分析
4.1 动态分压特性
4.2 光电流的输出特性
4.3 本章小节
5 测试系统的设计与可行性验证
5.1 GaN:Fe电阻率与击穿场强实测
5.2 527nm激光触发GaN:Fe开关实验
5.3 测试电路系统设计与可行性验证
5.4 本章小节
6 总结与展望
6.1 本文研究工作总结
6.2 未来工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种900 V JTE结构VDMOS终端设计[J]. 石存明,冯全源,陈晓培. 微电子学与计算机. 2016(04)
[2]掺Fe高阻GaN缓冲层特性及其对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件的影响研究[J]. 王凯,邢艳辉,韩军,赵康康,郭立建,于保宁,邓旭光,范亚明,张宝顺. 物理学报. 2016(01)
[3]VDMOS结终端技术对比研究[J]. 赵圣哲,李理,赵文魁. 半导体技术. 2016(01)
[4]2012年IEEE国际功率半导体器件（电力电子器件）及功率集成电路会议综述[J]. 胡冬青. 电力电子. 2012(05)
[5]不同形状的光斑触发砷化镓光导开关[J]. 袁建强,刘宏伟,刘金锋,李洪涛,谢卫平,王新新,江伟华. 强激光与粒子束. 2010(03)
[6]50kV半绝缘GaAs光导开关[J]. 袁建强,刘宏伟,刘金锋,李洪涛,谢卫平,王新新,江伟华. 强激光与粒子束. 2009(05)
[7]影响超快光电导开关关断特性的主次因素[J]. 王馨梅,施卫. 西安理工大学学报. 2008(04)
[8]非线性GaAs光电导开关的瞬态特性分析（英文）[J]. 王馨梅,施卫,屈光辉,田立强. 半导体学报. 2008(06)
[9]超快大功率SiC光导开关的研究[J]. 严成锋,施尔畏,陈之战,李祥彪,肖兵. 无机材料学报. 2008(03)
[10]功率半导体器件的场限环研究[J]. 遇寒,沈克强. 电子器件. 2007(01)
博士论文
[1]氮化镓基半导体电力电子器件击穿机理研究[D]. 赵胜雷.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]硅基GaN功率MISFET新结构研究[D]. 王泽恒.电子科技大学 2017
[2]VDMOS器件的自热效应及高温热载流子效应的研究[D]. 储晓磊.安徽大学 2016
[3]700V功率VDMOS设计[D]. 干红林.西南交通大学 2015
[4]高压VDMOS阈值电压的工艺优化[D]. 洪春雷.电子科技大学 2014
[5]600V功率VD-MOSFET器件仿真[D]. 谢承飞.大连理工大学 2013
[6]SiC VDMOS器件结构设计及界面陷阱效应研究[D]. 高云斌.电子科技大学 2013
[7]功率VDMOS器件的低温可靠性研究[D]. 郭玉龙.西安电子科技大学 2013
[8]基于SILVACO模拟的100V VDMOSFET研究和设计[D]. 宫在君.辽宁大学 2011
[9]基于VDMOS结构参数的TCAD模拟研究[D]. 王玲.哈尔滨理工大学 2011
[10]功率VDMOS器件结构与优化设计研究[D]. 王蓉.西安电子科技大学 2010
本文编号：3159934
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 光电导开关器件简介
1.2 光电导开关技术发展现状
1.3 宽禁带功率器件国内外发展现状
1.4 本文研究内容与意义
2 VDIG-PCSS结构设计与建模
2.1 结构设计与工作原理
2.2 器件仿真工具
2.2.1 Silvaco TCAD简介
2.2.2 Devedit模块
2.2.3 Atlas模块
2.3 VDIG-PCSS器件建模
2.3.1 选取物理模型
2.3.2 器件模型
2.4 本章小节
3 VDIG-PCSS静态特性仿真与结果分析
3.1 静态特性分析
3.2 静态参数优化
3.2.1 横向变掺杂作用验证
3.2.2 外延层的参数优化
3.3 本章小节
4 VDIG-PCSS动态特性仿真与结果分析
4.1 动态分压特性
4.2 光电流的输出特性
4.3 本章小节
5 测试系统的设计与可行性验证
5.1 GaN:Fe电阻率与击穿场强实测
5.2 527nm激光触发GaN:Fe开关实验
5.3 测试电路系统设计与可行性验证
5.4 本章小节
6 总结与展望
6.1 本文研究工作总结
6.2 未来工作展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种900 V JTE结构VDMOS终端设计[J]. 石存明,冯全源,陈晓培. 微电子学与计算机. 2016(04)
[2]掺Fe高阻GaN缓冲层特性及其对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件的影响研究[J]. 王凯,邢艳辉,韩军,赵康康,郭立建,于保宁,邓旭光,范亚明,张宝顺. 物理学报. 2016(01)
[3]VDMOS结终端技术对比研究[J]. 赵圣哲,李理,赵文魁. 半导体技术. 2016(01)
[4]2012年IEEE国际功率半导体器件（电力电子器件）及功率集成电路会议综述[J]. 胡冬青. 电力电子. 2012(05)
[5]不同形状的光斑触发砷化镓光导开关[J]. 袁建强,刘宏伟,刘金锋,李洪涛,谢卫平,王新新,江伟华. 强激光与粒子束. 2010(03)
[6]50kV半绝缘GaAs光导开关[J]. 袁建强,刘宏伟,刘金锋,李洪涛,谢卫平,王新新,江伟华. 强激光与粒子束. 2009(05)
[7]影响超快光电导开关关断特性的主次因素[J]. 王馨梅,施卫. 西安理工大学学报. 2008(04)
[8]非线性GaAs光电导开关的瞬态特性分析（英文）[J]. 王馨梅,施卫,屈光辉,田立强. 半导体学报. 2008(06)
[9]超快大功率SiC光导开关的研究[J]. 严成锋,施尔畏,陈之战,李祥彪,肖兵. 无机材料学报. 2008(03)
[10]功率半导体器件的场限环研究[J]. 遇寒,沈克强. 电子器件. 2007(01)
博士论文
[1]氮化镓基半导体电力电子器件击穿机理研究[D]. 赵胜雷.西安电子科技大学 2015
硕士论文
[1]硅基GaN功率MISFET新结构研究[D]. 王泽恒.电子科技大学 2017
[2]VDMOS器件的自热效应及高温热载流子效应的研究[D]. 储晓磊.安徽大学 2016
[3]700V功率VDMOS设计[D]. 干红林.西南交通大学 2015
[4]高压VDMOS阈值电压的工艺优化[D]. 洪春雷.电子科技大学 2014
[5]600V功率VD-MOSFET器件仿真[D]. 谢承飞.大连理工大学 2013
[6]SiC VDMOS器件结构设计及界面陷阱效应研究[D]. 高云斌.电子科技大学 2013
[7]功率VDMOS器件的低温可靠性研究[D]. 郭玉龙.西安电子科技大学 2013
[8]基于SILVACO模拟的100V VDMOSFET研究和设计[D]. 宫在君.辽宁大学 2011
[9]基于VDMOS结构参数的TCAD模拟研究[D]. 王玲.哈尔滨理工大学 2011
[10]功率VDMOS器件结构与优化设计研究[D]. 王蓉.西安电子科技大学 2010
本文编号：3159934
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