非对称脉冲晶闸管的特性及可靠性研究

作     者：梁晓刚 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王彩琳;于凯

授予年度：2024年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：脉冲晶闸管 开通放电 隐埋FS层 反向阻断 场限环 

摘      要：在脉冲功率领域应用中,脉冲晶闸管除了要满足高阻断电压、高峰值电流、高电流上升率及高可靠性等要求外,在有些场合还需要有一定的反向阻断能力。为此,本文提出一种具有隐埋FS层的脉冲晶闸管结构,即在常规晶闸管中通过引入隐埋FS层,将N-基区分隔成上下两部分,以解决正反向均有阻断能力且电压不对称的问题。以正、反向阻断电压不对称的脉冲晶闸管为例,利用Sentaurus-TCAD软件研究器件的特性及可靠性,主要研究内容和结果如下: 1.对比分析了具有常规FS层和隐埋FS层脉冲晶闸管的结构特点与工作原理,研究其正反向阻断、导通以及开通放电机理。 2.分析了关键结构参数对器件正反向阻断、开通放电特性的影响,提取出最优参数,并通过工艺仿真,分析了实现隐埋FS层的可行性；研究了载流子寿命变化对器件阻断、开通放电特性的影响；分析了温度、自热效应对开通放电特性的影响,以及内部晶格温升变化的原因。 3.研究了器件正反向终端耐压的鲁棒性,设计了正反向场限环终端结构,分析了工艺的鲁棒性。当横向扩散系数为0.85时,正、反向终端的耐压效率分别为90%和93%；确定了电阻区的长度为100±20μm,分析了静态雪崩发生后电阻区的可靠性。 4.研究了器件du/dt耐量和抗静电放电(ESD)能力。结果表明,当du/dt为1500V/μs时,器件不会发生误触发；通过HBM测试,器件的静电放电能力较强,其门-阴极可以承受2000V以上的正、反向ESD耐压。 该研究结果对脉冲晶管的研发具有一定的参考价值。