一种低温度系数新型恒流器件的研究与设计
发布时间：2021-09-16 22:34
在许多电子设备的使用中,均需要外部系统提供稳定的电流,这种能够为负载提供恒定电流的装置被称为恒流源。作为恒流源的一个分支,分立恒流器件具有膝点电压低、恒流特性好、应用电路简单等特点。近年来,分立恒流器件发展迅速并被广泛应用到恒流源、稳压源、LED照明、放大器以及电子仪器的保护电路中。随着LED产业的发展以及应用市场对高性能恒流源的需求,分立恒流器件受到广泛研究,包括新结构的研究,以及相关工艺实现的研究。然而,目前的恒流器件产品,存在在膝点电压较高、正向击穿电压较低的问题,在温度稳定性方面距离实际应用要求还有一定的差距。传统的恒流器件,其物理结构与工作机理限制了其温度系数进一步降低,因此需要从物理机理上探索研究提高恒流器件温度稳定性的方法。基于此,本文旨在设计一种恒流器件,在提高电流能力、降低膝点电压的同时,提高器件的温度稳定性。本文提出并通过实验验证了一种低温度系数的新型恒流器件结构,该结构通过引入空穴电流提高器件电流能力,降低膝点电压,并通过调整空穴与电子电流比例实现低温度系数。本课题针对所提出的恒流器件结构,建立饱和电流模型,结合半导体材料特性与温度变化关系,推导恒流值与温度关系表...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
载流子-载流子之间散射对电子与空穴迁移率的影响[42]
第三章新型恒流器件仿真设计27在Medici中，电子与空穴的寿命与晶格温度的关系可表示为：EXN.TAUnn,,,300TxyTxy(3-26)EXP.TAUpp,,,300TxyTxy(3-27)EXN.TAU与EXP.TAU默认值为0，这破坏了寿命与温度的关系。实际上，载流子寿命与具体的样品相关，不同杂质与缺陷表现出不同的值。结合参考文献[50]所给出的经验公式的简化表达式1.57510T300，在后续仿真中，EXN.TAU与EXP.TAU取值为1.5。当载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子空穴复合时，并把能量传输到第三种粒子，这种复合过程被称为俄歇复合，与碰撞电离过程相反。俄歇复合过程在决定重掺杂区小注入载流子寿命以及轻掺杂区大注入过剩载流子寿命起着重要作用。图3-4为硅中俄歇复合寿命与掺杂浓度或注入载流子浓度关系图。图3-4俄歇复合寿命[42]对于重掺杂的N型与P型硅，由俄歇复合决定的少数载流子寿命为：Auger,n31212.810n(3-28)Auger,p31211.010p(3-29)
电子科技大学硕士学位论文34本课题中深槽深入至P型衬底，深槽刻蚀深度将由外延层厚度决定；图3-6新型恒流器件工艺流程4）场氧形成，利用热过程热生长场氧，并在深槽内形成一定厚度的氧化层，同时对步骤二中注入的P型杂质进行推结，增加其曲率半径，形成终端保护环，通过将终端保护环的推结热过程与场氧化热过程合并，减少热预算，降低衬底杂质反扩对外延层厚度的影响；场氧形成之后淀积poly填充隔离槽；5）JFET区杂质注入与推结，采用光刻、刻蚀工艺，刻蚀场氧化层形成有源区，牺牲氧化去除表面由于离子刻蚀造成的损伤，利用场氧化层作为阻挡层注入N型杂质，并通过高温过程进行杂质扩散，降低JFET区电阻；6）pwell区形成，进行离子注入前预氧化，通过光刻工艺形成注入窗口，进行P型杂质注入，并进行高温推结过程，形成pwell区，如图3-7(b)所示；7）耗尽型沟道的形成，利用离子注入工艺，在硅片表面注入N型杂质，与pwell区的P型杂质进行杂质补偿，形成耗尽型沟道，提供电子导通路径；如图3-7(c)所示；考虑到工艺过程中所存在的推结和氧化工艺将对表面耗尽沟道离子分布产生较大的影响，故后续过程应尽量减少热过程；8）N+欧姆接触形成，采用光刻胶作为表面N+注入阻挡，形成重掺杂N+欧姆接触；9）P+欧姆接触形成，淀积氧化层，采用光刻、刻蚀工艺，刻蚀表面氧化层，形成阴极接触孔，利用表面的氧化层作为P+注入阻挡层，形成重掺杂P+欧姆接触，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种200V垂直型恒流二极管的优化设计[J]. 梁涛,张康,何逸涛,乔明,张波. 微电子学. 2016(06)
[2]A Lateral Regulator Diode with Field Plates for Light-Emitting-Diode Lighting[J]. 何逸涛,乔明,李路,代刚,张波,李肇基. Chinese Physics Letters. 2016(09)
[3]功率半导体器件与功率集成技术的发展现状及展望[J]. 孙伟锋,张波,肖胜安,苏巍,成建兵. 中国科学:信息科学. 2012(12)
[4]恒流二极管2DHLxxx系列[J]. 方佩敏. 电子世界. 2011(02)
[5]S系列恒流二极管[J]. 方佩敏,王屹. 电子世界. 2011(01)
[6]浅谈恒流源的应用[J]. 王素芹. 才智. 2010(02)
[7]恒流二、三极管的特性及其应用[J]. 宋吉江,牛轶霞. 家庭电子. 2003(04)
[8]串级JFET恒流器件特性分析[J]. 林言方,孙衍人,高志坚,徐时进,张民,陈冠军. 杭州大学学报(自然科学版). 1992(03)
[9]可调恒流管温度特性的研究[J]. 吕品桢,单郑生,汤子康. 半导体学报. 1985(03)
[10]半导体恒流二极管[J]. 杭州大学学报(自然科学版). 1977(01)
博士论文
[1]硅基AlGaN/GaN功率二极管研究[D]. 张安邦.电子科技大学 2019
硕士论文
[1]用于感性负载的高精度高稳定度恒流源研究[D]. 查达润.哈尔滨工业大学 2019
[2]一种用于LED驱动的横向恒流器件设计[D]. 代刚.电子科技大学 2016
[3]硅基恒流二极管的设计[D]. 刘娇.贵州大学 2015
[4]硅基恒流二极管的设计[D]. 冯晓敏.大连理工大学 2012
[5]绝缘栅双极晶体管（IGBT）低温特性研究[D]. 张玉林.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
本文编号：3397405
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
载流子-载流子之间散射对电子与空穴迁移率的影响[42]
第三章新型恒流器件仿真设计27在Medici中，电子与空穴的寿命与晶格温度的关系可表示为：EXN.TAUnn,,,300TxyTxy(3-26)EXP.TAUpp,,,300TxyTxy(3-27)EXN.TAU与EXP.TAU默认值为0，这破坏了寿命与温度的关系。实际上，载流子寿命与具体的样品相关，不同杂质与缺陷表现出不同的值。结合参考文献[50]所给出的经验公式的简化表达式1.57510T300，在后续仿真中，EXN.TAU与EXP.TAU取值为1.5。当载流子从高能级向低能级跃迁，发生电子空穴复合时，并把能量传输到第三种粒子，这种复合过程被称为俄歇复合，与碰撞电离过程相反。俄歇复合过程在决定重掺杂区小注入载流子寿命以及轻掺杂区大注入过剩载流子寿命起着重要作用。图3-4为硅中俄歇复合寿命与掺杂浓度或注入载流子浓度关系图。图3-4俄歇复合寿命[42]对于重掺杂的N型与P型硅，由俄歇复合决定的少数载流子寿命为：Auger,n31212.810n(3-28)Auger,p31211.010p(3-29)
电子科技大学硕士学位论文34本课题中深槽深入至P型衬底，深槽刻蚀深度将由外延层厚度决定；图3-6新型恒流器件工艺流程4）场氧形成，利用热过程热生长场氧，并在深槽内形成一定厚度的氧化层，同时对步骤二中注入的P型杂质进行推结，增加其曲率半径，形成终端保护环，通过将终端保护环的推结热过程与场氧化热过程合并，减少热预算，降低衬底杂质反扩对外延层厚度的影响；场氧形成之后淀积poly填充隔离槽；5）JFET区杂质注入与推结，采用光刻、刻蚀工艺，刻蚀场氧化层形成有源区，牺牲氧化去除表面由于离子刻蚀造成的损伤，利用场氧化层作为阻挡层注入N型杂质，并通过高温过程进行杂质扩散，降低JFET区电阻；6）pwell区形成，进行离子注入前预氧化，通过光刻工艺形成注入窗口，进行P型杂质注入，并进行高温推结过程，形成pwell区，如图3-7(b)所示；7）耗尽型沟道的形成，利用离子注入工艺，在硅片表面注入N型杂质，与pwell区的P型杂质进行杂质补偿，形成耗尽型沟道，提供电子导通路径；如图3-7(c)所示；考虑到工艺过程中所存在的推结和氧化工艺将对表面耗尽沟道离子分布产生较大的影响，故后续过程应尽量减少热过程；8）N+欧姆接触形成，采用光刻胶作为表面N+注入阻挡，形成重掺杂N+欧姆接触；9）P+欧姆接触形成，淀积氧化层，采用光刻、刻蚀工艺，刻蚀表面氧化层，形成阴极接触孔，利用表面的氧化层作为P+注入阻挡层，形成重掺杂P+欧姆接触，
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种200V垂直型恒流二极管的优化设计[J]. 梁涛,张康,何逸涛,乔明,张波. 微电子学. 2016(06)
[2]A Lateral Regulator Diode with Field Plates for Light-Emitting-Diode Lighting[J]. 何逸涛,乔明,李路,代刚,张波,李肇基. Chinese Physics Letters. 2016(09)
[3]功率半导体器件与功率集成技术的发展现状及展望[J]. 孙伟锋,张波,肖胜安,苏巍,成建兵. 中国科学:信息科学. 2012(12)
[4]恒流二极管2DHLxxx系列[J]. 方佩敏. 电子世界. 2011(02)
[5]S系列恒流二极管[J]. 方佩敏,王屹. 电子世界. 2011(01)
[6]浅谈恒流源的应用[J]. 王素芹. 才智. 2010(02)
[7]恒流二、三极管的特性及其应用[J]. 宋吉江,牛轶霞. 家庭电子. 2003(04)
[8]串级JFET恒流器件特性分析[J]. 林言方,孙衍人,高志坚,徐时进,张民,陈冠军. 杭州大学学报(自然科学版). 1992(03)
[9]可调恒流管温度特性的研究[J]. 吕品桢,单郑生,汤子康. 半导体学报. 1985(03)
[10]半导体恒流二极管[J]. 杭州大学学报(自然科学版). 1977(01)
博士论文
[1]硅基AlGaN/GaN功率二极管研究[D]. 张安邦.电子科技大学 2019
硕士论文
[1]用于感性负载的高精度高稳定度恒流源研究[D]. 查达润.哈尔滨工业大学 2019
[2]一种用于LED驱动的横向恒流器件设计[D]. 代刚.电子科技大学 2016
[3]硅基恒流二极管的设计[D]. 刘娇.贵州大学 2015
[4]硅基恒流二极管的设计[D]. 冯晓敏.大连理工大学 2012
[5]绝缘栅双极晶体管（IGBT）低温特性研究[D]. 张玉林.中国科学院研究生院（电工研究所） 2005
本文编号：3397405
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