双向过压保护器件的设计与实现

发布时间：2017-07-14 13:00

  本文关键词：双向过压保护器件的设计与实现

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【摘要】：随着通信技术的飞速发展,信息传输速度的加快,对通信系统的稳定性要求越来越高。经常出现的意外电压瞬变和浪涌电流使整机系统的性能下降,使得系统误动作甚至损坏,所以保护器件的性能优劣变得十分重要。保护器件的种类繁多,很多保护器件保护功能单一,只能对一个方向的浪涌起保护作用,本文研究的双向过压保护器件,可以实现双方向均衡泄流。双向过压保护器件是一种新型的电压抑制器。由于其相应速度快、体积小、性能稳定、短路保护及单位面积吸收浪涌能力强而广泛地应用于通信设备的抗浪涌保护。双向过压保护器件的工作原理和结构与晶闸管类似,采用的是PNPN四层结构,通过雪崩击穿触发器件快速导通,以便达到对通信设备的限压保护。本文通过对PNPN四层结构进行了深入研究,建立器件工作的理论模型,为保护器件的设计提供了依据。以L-edit软件和TCAD软件中SPROCESS模块做为基础设计工具,完成该保护器件的版图设计和结构验证,为实际生产流片提供理论和数据支持。实施方案是采用在同一N型衬底材料基片上,形成一个垂直的正向NPNP结构晶闸管和一个垂直的反向NPNP结构晶闸管,正向NPNP结构对正向浪涌进行保护,反向NPNP结构对反向浪涌进行保护;基于双极模拟工艺产线平台优化器件版图设计、工艺参数确定,实现芯片流水并完成成品封装。测试结果表明,器件结构合理,参数性能指标满足设计要求。
【关键词】：晶闸管 浪涌电流 过压保护器件 雪崩击穿
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN80;TN34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 半导体抗浪涌保护器件研发背景8-9
• 1.2 半导体抗浪涌保护器件的分类9-10
• 1.2.1 电压限幅型保护器件9
• 1.2.2 电压开关型保护器件9-10
• 1.3 国内外发展概况10-11
• 1.3.1 国外发展概况10
• 1.3.2 国内发展概况10-11
• 1.4 本文的研究内容和结构11-12
• 第2章 电压开关型晶闸管保护器件的工作原理12-22
• 2.1 晶闸管概况12
• 2.2 晶闸管工作原理12-17
• 2.2.1 正向高阻区和转折区12-14
• 2.2.2 正向导通14-16
• 2.2.3 器件关断16
• 2.2.4 反向阻断16-17
• 2.3 阴极短路结构17-20
• 2.3.1 阴极短路模型17-18
• 2.3.2 阴极短路对晶闸管参数影响18-20
• 2.4 本章小结20-22
• 第3章 器件的结构设计与计算机仿真验证22-42
• 3.1 P08A系列产品概况22-24
• 3.1.1 P08A系列产品工作原理22-23
• 3.1.2 P08A系列产品参数指标23-24
• 3.2 器件纵向结构设计和实施方案24-27
• 3.2.1 器件纵向结构24-26
• 3.2.2 实施方案26-27
• 3.3 器件的版图设计与DRC27-33
• 3.3.1 版图设计软件简介27-28
• 3.3.2 版图设计28-30
• 3.3.3 DRC30-33
• 3.4 器件结构的计算机仿真验证33-40
• 3.4.1 TCAD软件工具简介33-34
• 3.4.2 软件模拟仿真过程34-38
• 3.4.3 TCAD仿真的输出结果38-40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 保护器件的工艺实现过程42-54
• 4.1 芯片级工艺实现42-45
• 4.2 关键参数控制45-47
• 4.2.1 IH的控制45-46
• 4.2.2 VBR的控制46
• 4.2.3 CO的控制46-47
• 4.3 封装级工艺实现过程47-52
• 4.4 本章小结52-54
• 第5章 流片结果分析及改进54-60
• 5.1 流片结果分析54-56
• 5.2 与国外样品对比参数56-58
• 5.2.1 静态参数比较56-58
• 5.2.2 浪涌能力比较58
• 5.3 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 附录66-70
• 致谢70

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本文编号：541132