PIN二极管在快上升沿电磁脉冲下的毁伤机理研究

论文摘要

由于PIN二极管的反向击穿电压高,可以承受的功率高,开关的线性好,并且具有良好的可靠性和稳定型,而被广泛应用在微波开关、限幅器以及衰减器等控制电路中,并成为军用和民用领域中不可或缺的关键器件。PIN二极管的I区很厚,所以可以承受高的击穿电压,但是当快上升沿电磁脉冲加载在PIN二极管两端时极容易发生击穿甚至烧毁,这将严重影响系统工作的稳定型和可靠性。所以分析PIN二极管在快上升沿电磁脉冲下的损伤效应和机理对系统来说具有非常重要的意义。本文是基于一款实际应用中的PIN二极管进行建模仿真,这将使研究具有实际意义。首先,本文对PIN二极管的结构和工作原理进行了介绍,重点对正反偏特性进行了研究。然后,利用器件仿真软件ISE-TCAD对PIN二极管进行建模仿真,研究了快上升沿电磁脉冲信号对PIN二极管的毁伤效应和机理。通过分析仿真结果了解了当电磁脉冲加载在PIN二极管两端时,电磁脉冲的上升时间与产生电流之间的关系。还了解了不同阶跃电压加载在PIN二极管两端时,阶跃电压与产生电流的关系,并通过分析一个特定阶跃电压加载在PIN二极管两端时,PIN二极管击穿乃至烧毁的过程。最后探讨了PIN二极管的结构参数（如I区厚度和器件材料）对其毁伤的影响。本文的研究工作为半导体器件电磁脉冲损伤评估和防护加固的分析提供了一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 PIN二极管的应用及研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 PIN二极管的工作原理
• 2.1 PIN二极管的定义
• 2.2 PIN二极管的工作原理
• 2.3 PIN二极管的反向击穿特性
• 2.3.1 雪崩击穿
• 2.3.2 隧道击穿
• 2.3.3 热电击穿
• 2.4 本章小结
• 第三章 PIN二极管仿真模型的建立
• 3.1 金相显微镜下的PIN二极管
• 3.2 扫描电镜下的PIN二极管
• 3.3 仿真模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第四章 PIN二极管毁伤机理分析
• 4.1 器件模拟仿真方法
• 4.2 电磁脉冲的上升时间与产生电流关系仿真
• 4.2.1 器件结构与杂质分布
• 4.2.2 仿真结果与分析
• 4.3 快上升沿电磁脉冲下PIN二极管毁伤机理分析
• 4.3.1 不同阶跃电压下PIN二极管毁伤结果
• 4.3.2 快上升沿电磁脉冲下PIN二极管毁伤机理分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 PIN二极管的结构与毁伤时间关系分析
• 5.1 PIN二极管I区厚度与毁伤时间关系
• 5.1.1 不同I区厚度PIN二极管电流与时间关系
• 5.1.2 不同I区厚度PIN二极管内部温度峰值与时间关系
• 5.2 PIN二极管的材料与毁伤时间关系
• 5.2.1 碳化硅材料的特性
• 5.2.2 碳化硅材料PIN二极管仿真结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献