非对称型门极换流晶闸管的优化设计
第２８卷第９期ｚ００７年９月
哈尔滨工程大学学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎ西ｎｅｅｒｌｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
Ｖ０１－２８№．９
ＳｅＤ．２００７
非对称型门极换流晶闸管的优化设计
王颖１，赵春晖１，曹
（１．唔尔滨工程大学信息与通信工程学院，黑龙江哈尔滨
菲“２，邵雷１
１５０００１；２．辽宁大学物理系，辽宁沈阳１１００３６）
摘要：根据半导体器件的设计特点和设计原则，对６００Ａ／３０００Ｖ非对称型ｆＪ板换流晶闸管进行了结构参数的优化设计，得到了材料参数与结构参数的荧系．阴极采用条状同心环单元发射极排列结构，不仅可以提高单元承受应力的能力．而且可使单元均匀性得到改善．应用数值分析，使器件的透明阳极和缓冲层等关键结构的掺杂分布、区域宽度以盈少于寿命得到优化，计算结果满足设计的要求．
关键词：功率半导体器件；优化漫计；门极换流晶闸管｝缓冲层；透明阳极
中图分类号：ＴＮ３４２．４文献标识码：Ａ文章编号：１００６—７０４３（２００７）０９—１０４４一０４
ｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｏｆａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｇａｔｅｃｏｍｍｕｔａｔｅｔｈｙｒｉｓｔｏｒ
ＷＡＮＧＹｉｎ９１，ＺＨＡＯＣｈｕｎ—ｈｕｉｌ，ＣＡ０Ｆｅｉｌ”，ＳＨＡＯＬｅｉｌ
（１．ＣｏＩｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣ０ｍｍｕｎｉｃａｔｌｏｎｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ－ＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｌ‘ｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎ８；２．Ｄｅ—ｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＬｌａｏｎｌｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉ‘ｙ．Ｓｈｅ“ｙａｎｇ１１００３６，Ｃｈｌｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ｏｐｔｉｍａｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆａ６００Ａ／３０００Ｖａｓｙｍｍｅｔｒｉｃｇａｔｅｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎｔｈｙ“ｓｔｏｒ（ＡＳ—ＧＣＴ）ｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｌｎｅｄａｃｃｏｒｄｉ“ｇｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｈａｒａｃｔｅ“ｓｔｉｃｓａｎｄｃｒｌｔｅｒｉａｏｆｓｅｍｉｃ。ｎｄｕｃｔｏｒｄｅｖｉｃｅｓ．ｏｐｔｉ—ｍａｌｒｅＩａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｍａｔｅｒｉａＩａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＩｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｉｄｅａｌｃａｔｈｏｄｅｗａｓｆｏｕｎｄｔｏｂｅｓｔｒｉｐｓｏｆｅｍｉｔｔｅｒｓａｒｒａｎｇｅｄｉｎｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｒｉｎｇｓａｒｏｕｎｄｔｈｅｄｅｖｉｃｅｃｅｎｔｅｒ．Ｔｈｉｓｉｎ—ｃｒｅａｓｅｄｔｈｅｔｈｅｒｍａＩａｎｄｅｌｅｃｔ“ｃａｌｓｔｒｅｓｓｅｓｔｈａｔｔｈｅｅｍｉｔｔｅｒｔ。ｌｅｒａｔｅｄａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙｏｆｃｅＵｓ．Ｋｅｙｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｓｕｃｈａｓｔｈｅｄｏｐａｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａ“印ａｒｅｎｔａｎｏｄｅａｎｄｂｕｆｆｅｒｌａｙｅｒａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｌｉｆｅｔｉｍｅｏｆｔｈｅｍｉｎｏｒｉｔｙｃａｒｒｉｅｒ，ｗｅｒｅ。ｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｄｅｓｉｇｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓａｒｅｓａｔｊｓｆｉｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ｛ｐｏｗｅｒｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｆｄｅｖｉｃ８；ｏｐｔｉｍａＩｄｅｓｉｇｎ；ｇａｔｅｃｏｍｍｕｔａｆｉｏｎｔｈｙｒｉｓｔｏｒ；ｂｕｆｆｅｒ！ａｙｅ。；ｔｒａｎｓ—Ｄａｒｅｎｔ
ａｎｏｄｅ
ＧＣＴ是基于ＧＴｏ结构的一种新型大功率半导体器件，在横向上大量吸收丁ＧＴＯ的技术，并且在纵向结构上吸收了一些ＩＧＢＴ技术．因此，它不仅有与ＧＴＯ相同的高阻断能力和低通态压降，而且有与ＩＧＢＴ相同的开关性能，是一种较理想的Ｍｗ级、中压开关器件［１］．过去几年的现场经验和长期阻断试验表明宇宙射线与高电场强度相结合能导致ＧＴＯ瞬问烧损口］．对于普通的ＧＴＯ设计，需降低电场强度，这使器件变得更厚，进而增加了通态与开关损耗．为此。ＧｃＴ设计都采用了透明发射极、缓冲
牧稿日期：２００６—０７—１１．
基金瑁目：哈尔滨工程大学基础研究基金资助项目（００２０８０２６０７２７）．作者苘舟：王颍（１９７７～），男，副教授，博士，Ｅ?Ⅱｎ；ｌ：啪ｇｙＩｎｇｏｌ＠
ｈｒｂｅｕ．ｅｄｕ．亡ｎＩ
赵春晖（１９６５～）．男，教授，博士生导师．层等关键技术，使其具有比普通晶闸管和ＧＴＯ更优良的电学性能．至今为止，ＧｃＴ工程设计尚没有严格的定量理论，所以该文以６００Ａ／３０００ｖ非对称型门极换流晶闸管为铡，定量研究优化设计ＧｃＴ时工艺参数和结构参数之间所应满足的必要条件和设计原则．在设计过程中，需全面衡量各参数之间的关系，在满足主要参数要求的前提下兼顾次要参数，实现各个电特性参数之间良好协调ｏ］．
１阴极单元的设计
门极一阴极结构设计是一个极其重要的环节，在设计中，要在不改变体内结构参数与材料参数的基础上，通过对图形的几何尺寸、形状及布局等方面进行设计安排，力求提高器件的电特性．对于高电
第９期王颍，等：非对称型门极换流晶闸督的优化设计?１０４５?
压、大电流器件，当工作频率较高时。为改善出／出耐量，可采用延伸门板长度来增大初始导通面积，采用指状交叉门极可达到此目的．阴极图形的设计普遍采用如图１所示的指条状同心环阴极发射极结构的排列．另外，ＧｃＴ工作会产生沿管芯径向辐射的交变热应力，采用顺着热应力辐射方向的阴极雷形排列，不仅可以提高单元承受应力的能力，而且可使单元均匀性得到改善，
国１６００Ａ／３０００Ｖ非耐称型门极换流晶闸管阴极单元分布
Ｒｇ．１Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｌｏｎｏｆｃａｔｈｏｄｅｃｅｌｌｓｆｏｒ６００Ａ／３０００Ｖａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ夸ａｔｅｃｏｍｍｕｔａｔｅｔｈｙｎｓｔｏｒ
关于单元个数与配置方法问题：１）必须注意的是ｎ个单元的耐量不是１个单元耐量的ｎ倍，而是很低．即使有几百个单元并联工作，在关断的最后阶段，也只是某个单元上发生电流集中而使其局部损坏．因而，提高门极可关断能力关键在于改善整个电流均衡的设计上．因此，单元个数不必太多．与此相反，从与电流密度有关的通态电压的通态特性来看，希望单元数多些为好．因此须折衷处理．２）当门极引线在管芯中心时，在管苍中心的单元与外围单元之间会存在电流差．为改善关断时的均匀性应尽可能减少电流差．将门极金属层加厚，以扩展门极电流通路的宽度，减小门极电阻．
综上，选取阴极发射极单元条宽为２５０。ｍ，条长为２．７ｍｍ．对于额定电流６００Ａ的ＡｓＧｃＴ可设计成５０４个阴极发射极单元以４圈同心环的形式排列在硅片上，阴极有效面积为
５Ｋ。ｆｆ一５０４×０．２７×２５０×ｌＯ＿４—３．４０２ｃｍ２．阴极发射极单元排列如表１所示．
最大可关断阳极电流一般表示为
ｋ。－４觑吼瓦可丢面
对于ＧｃＴ，关断增益且ｒｒ接近于１，要提高Ｊ．ｔｏ，必须提高Ｕ】。、增加阴极条长ｚ、减小ｐ基区薄层电阻和阴极条宽ｓ（ｓ是＾的一部分）．对关断电流６００Ａ的ＡＳＧＣＴ，选取Ｚ＝２．７ｍｍ，ｓ一２５０Ｉ上ｍ，６＝２．７，Ｄ＋＝ｏ，８，，ｎＴｏ≈２Ａ．若全部阴极单元同时关断，假定每个阴极单元可关断２Ａ电流，则每个阴极单元的关断电流密度为
９
Ｊ一再丽忑号而互４２９６Ａ‘ｃ一２
而实际每个阴极单元的平均阴极电流密度为
Ｊ７２揣－ｌ７６．４Ａ．ｃｍ＿２．
采用合理的图形结构，减小阴极条宽度，增加门极一阴极周界长度，以减小横向效应，提高最大可关断阳极电流．芯片中央的阴极条数目减少一些，以改变芯片热分布的均匀性．
裹ｌ阴拯发射极的单元分布
ｈｂｋｌｃｅ｜ｉａｎｉ“晷哪ｅｍｑｆｃａ哺０ｄｅ蜘ｔｉ￡ｋｒ
２纵向结构设计
器件纵向杂质浓度分布是决定器件性能参数的重要因素，沿硅片厚度方向的垂直设计包括形成ｎ＋ｐｎ—ｎｐ＋的５层杂质浓度分布和２个基区的载流子寿命设计参数．
２．１ｎ一基区设计
对于高压大电流ＧＣＴ器件，正向阻断电压主要由两个基区之间的结来承担，ｐ基区的掺杂浓度要比ｎ一基区掺杂浓度高ｚ个数量级以上，阻断时空闯电萄区主要在ｎ一基区测扩展，正向驻断电压主要由ｎ一基区来承担，所以ｎ一基区的电阻率和宽度的选择都与转折电压的大小有关．ｎ一基区的选择：硅片内原始电阻率要均匀，原始硅片寿命要适当．并以耐压为前提，尽可能减薄硅基片．中于辐照（ＮＴＤ）硅单晶片可以满足要求．对于耐压设计要求．考虑到正向重复阻断电压为不重复断态电压的９０％；磨角处台面击穿电压仅为平面结的８０“～９０“，则原始硅片的选取要留有足够余量．
对在一４０～１２５℃范围内工作的器件，在一４０℃时耐压要低于２５℃时耐压约１０％．因此，需要设置在２５℃时耐压为３３００
Ｖ．
哈尔—滨工程大学学报第２８卷
当采用斜角造型来提高器件耐压，将可达到平
面结的８０％（考虑足够余量），即４１２５Ｖ．
考虑到宇宙射线对器件耐压影响“１：
鲁≤Ｐ≤瓷．
取ｐ＝３００ｎ?ｃｍ，即硅单晶的掺杂浓度约为１．５×１０”ｃｍ～．ｎ一基区宽度ｒ５］：
ＷＮＢ＝１．６９×１０—６ＢＶ品一２８０“ｍ．
２，ｚ缓冲层和透明阳极结构参数选择
ＧｃＴ是在汲取ＧＴＯ和ＩＧＢＴ较为成熟的发展经验基础之上发展起来的一种新型功率半导体器件．缓冲层和透明阳极结构是ＧＣＴ所采用的有别于ＧＴＯ的２个关键技术．透明阳极的透过率在一定程度上决定了器件的美断钱力．透明阳极的另一个好处是降低阳极端共基极电流放大系数，使ＰＮＰ晶体管对Ｌ结的热产生漏电流的放大作用减弱，提高ＧＣＴ的正向阻断能力．透明阳极的引入可从根本上解决高压大电流ＧｃＴ的通态特性和关断损耗之间的矛盾．缓冲层的引人不仅可以降低器件的峰值电场，而且在相同的耐压水平下可使硅片的厚度大大减小，从而降低器件的导通和开关损耗．２．２．１ｐ＋透明阳极
令Ｐ＋透明阳极区表面浓度Ｎ，一１×１０”ｃｍ～，根据阳极与缓冲层掺杂分布，在阳极结深ｘ。一２Ⅱｍ有
Ｎｍ＝志』：’Ｎ，ｅ－Ｈｒｄｚ．
得Ｐ＋透明阳极区平均浓度为ＮＰＡ；４．８×１０”ｃｍ３设经过Ｋ，＝２ｐｍ距离，载流子衰减为原来的９５％，即△ｎ（ｚ）一△ｎ（ｏ）ｅｘｐｆ一≠１．
得Ｌ。一￣／西ｉ一３９“ｍ，则Ｐ＋透明阳极少于寿命“≈２．２“ｓ．
２．２．２缓冲屡
令Ｘ２一Ｘｌ一１０Ⅱｍ，根据公式‘６一阳
耻警删（ｔ一瓮），
得Ｎ：；１．８×１０１６ｃｍ，令杂质扩散长度卢５肚ｍ时，由缓冲层结深１７Ⅱｍ，得
Ｎ，一５．３×１０１６ｃｔｎ－３．
令ｎ。。一ｏ．２５，有效缓冲层厚度为，
ⅣＬ＝Ｓ“ｍ，
则由ａ。－ｏ．ｓｓｅｃｈ（鲁）得
旷基区
Ｘ
置
ｎ缓冲崖
Ｉｆ￡
图２ＧＣＴ的正向阻断情况下电场分布
Ｆ１爵２Ｅｌｅｃｔｒｌｃａｌ矗ｅＩｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｌｏｎｉｎｔｈｅｃａｓｅｏｆ
ｆｏｒ眦ｒｄ
ｂＩｏｃｋｉｎｇｏｆＧＣＴｄｅｖｉｃｅ
ｓｅｃｈｆ≠１一
、Ｌ。，———。——羔—一
ｅｘ。（毒）＋唧（一丢）
得少子扩散长度Ｌ，一３．９ｐｍ．则缓冲层少子寿命
ｒ２
ｒｐ一箐＝ｏ．９ｐ８．
２．３ｐ基区选择
ｐ基区的横向电阻是决定器件开关特性的一项重要工艺指标［…．器件关断时，门极负电流会在ｐ基区的横向电阻上产生电压降，当横向电压降接近等于门极外加电压时，门极负电流将达到最大值而被限制，从而使可关断电流受到限制．若ｐ基区的浓度太高，其门投一阴极结的反向雪崩击穿电压Ｖ。ｘ会降低，相应地＋最大可关断电流难以提高；若ｐ基区的浓度太低，因ｐ基区的横向电阻过大而出现不能用门极进行开关控制．为保证较大的关断电流，ｐ基区横向电阻要尽可能小，但Ｐ基区表面浓度不能太高，否则会出现电流限制效应““．或者使‰。太小，门极开通困难，或者使Ｊ。结击穿电压低，这些效应恰恰限制了关断电流．ｃ。为ｐ基区表面掺杂浓度，它对ＧｃＴ的开通特性和关断特性起着重要的作用．设计时保证ｐ基区在允许的表面浓度下有尽可能低的横向电阻．Ｊ。结击穿电压为
ｙ，。＿９．３×１矿（掣儿，ＮＥ．
式中：Ⅳ。。为ｎ＋发射极结深．设ｎ＋发射、ｐ基区杂质浓度分布近似为高斯分布：
Ｎ（ｚ）一一ＣⅫＣＮＥｅｘｐ（一凹。）一ＣＰＢｅｘｐ（一曲。２）式中：ＣＮＥ为ｎ＋发射区表面浓度．ｃＰｎ为ｐ基区表面浓度．当ｊ—ｗ。Ｅ时，Ｎ（ｚ）＝ｏ，得
一蚪志ｈ（蠢）?
第９期王颖，等：非对称型门极换流晶闸管的优化设计?１０４７－
当ｚ—ＷＮＥ＋ｗＰＢ时．Ｎ（工）＝一［、恤，（、恤ｅｘｐ（一口，）；０，得
ａ＝丽ｉ‰≯－ｎ（舞）．
６２丽ｉ而ｍｌ磊Ｊ‘
ｐ基区的表面方阻
，、】
‰一而孺而‘
Ｊ
ｗＮＥ
。
结合实际工艺条件，再依据使ＩＡＴ。最大条件ｖ√Ｒ。为晟大．该文选取
ＣＰＢ一１×１０１６ｃｍ，ｗＰＨ＝５０“ｍ．令。。，一ｏ．８，则由。。一。。ｃｈｆ字）得少子扩散长度Ｌ。＝７２ｐ“．设ｐ基区表面浓度Ｎ¨一１×１０１８ｃｍ一，阴极结深１８“ｍ，ｐ基区平均浓度Ｎｍ一５．４×１０“ｃｍ～，则ｐ基区少子寿命“＝鲁一３．８ｕｓ．
２．４ｎ＋发射区的选择
在器件设计中。通常采用较小阴极条宽和增加门极一阴极周界长度来减弱横向效应，另外，要注意光刻工艺质量，以获得硬击穿特性的门极一阴极结，保证高的载流子抽出效率和一定的触发灵敏度．ｎ＋发射区结深较深时，门极一阴极台面腐蚀时门极区较宽，这有利于降低门极电流径向电阻，改善开关特性；但结深过大，会使ｐ基区横向电阻增大，由于自偏压效应而使门极关断电流减小，影响器件的开关速度和可靠性．ｎ＋发射区结深选取要折衷考虑．表面浓度一般比Ｃ。大ｚ个数量级以上，以保证发射效率等于ｌ；ｎ＋发射区深扩散有利于减小表面缺陷的影响，提高Ｊ。结的扩散均匀性，这对要求各小单元一致开关具有特殊意义，并且减小了电极制作对Ｊ。结的影响．但Ｊａ结结深太大会使ｐ基区的表面方阻增大．该文选取，ｃＮ￡一２×１０２０ｃｍ３，ｗＮＥ—１８扯ｍ．３结束语
依据半导体器件的设计特点和原则，对６００Ａ／３０００ｖ非对称型门极换流晶闸管进行了结构参数的优化设计，得到了材料参数与结构参数的关系．为提高器件的关断能力，阴极采用条状同心环阴极发射极结构，选取阴极发射极单元条宽为２５０Ｐｍ，条长为２．７ｍｍ．对于额定电流６００Ａ的ＡｓＧｃＴ可设计成５０４个阴极发射极单元以四圈同心环的形式排列在硅片上；沿硅片厚度方向的垂直设计包括形成
ｎ＋ｐｎ—ｎｐ＋的５层杂质浓度分布和２个基区的载流子寿命设计参数．对于器件的纵向结构参数，应用数值分析使其优化，同时协调各个参数，使之达到最佳的折衷．所得器件结构参数和各区少子寿命等结果为器件最终能正确地实现奠定了基础．
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非对称型门极换流晶闸管的优化设计
作者：王颖， 赵春晖， 曹菲， 邵雷， WANG Ying， ZHAO Chun-hui， CAO Fei， SHAO Lei
作者单位：王颖,赵春晖,邵雷,WANG Ying,ZHAO Chun-hui,SHAO Lei(哈尔滨工程大学,信息与通信工程学院,黑龙江,哈尔滨,150001)， 曹菲,CAO Fei(哈尔滨工程大学,信息与通信工程学院,黑龙
江,哈尔滨,150001;辽宁大学,物理系,辽宁,沈阳,110036)
刊名：
哈尔滨工程大学学报
英文刊名：JOURNAL OF HARBIN ENGINEERING UNIVERSITY
年，卷(期)：2007，28(9)
被引用次数：1次
参考文献(10条)
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，VDblOSFET应用领域很广泛。
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制作工艺流程，并对工艺流水中出现的问题进行了分析。最后，总结全文，提出下一步研究工作的方向。
3.学位论文陈波涛SiGe快速开关功率二极管的器件模拟与分析2002
随着电力电子技术应用的深入，尤其是主开关器件工作频率的不断提高，对功率二极管性能提出了更高的要求，多年来硅P-i-N二极管一直在这方面扮演着重要角色。但是，其开关功耗随着开关频率的提高而增大以至于不得不采用寿命控制技术(掺金、铂和辐照等)来降低少数载流子寿命从而降低开关功耗。然而，少子寿命控制技术在减少存贮电荷(Q_s)的同时，也增大了正向通态压降(V_f)和反向漏电流(I_r)；很难实现Q_s-V_f-I_r三者良好的折衷关系。SiGe材料和Si／SiGe异质结技术的出现改变了这种状况。本文将SiGe技术应用于功率半导体器件的特性改进，提出了新型P~+(SiGe)-n~-n~+异质结开关功率二极管结构。在分析器件结构机理的基础上，建立了该器件的计算机模拟模型并用MEDICI模拟了该器件的静态特性、动态特性和温度特性，并针对SiGe层厚度、SiGe层中Ge的摩尔含量以及n~-区厚度等关键参数进行了优化设计。
4.期刊论文高勇.陈波涛.杨媛新型SiGe/Si异质结开关功率二极管的特性分析及优化设计-半导体学报
2002,23(7)
将SiGe技术应用于功率半导体器件的特性改进,提出了新型Si Ge/Si异质结p-i-n开关功率二极管结构,在分析器件结构机理的基础上,用Medici模拟了该器件的特性并进行了优化设计.结果表明,该功率二极管具有低的正向压降,较少的存贮电荷,其性能远远超过Si的同类型结构.这种性能的改进无需采用少子寿命控制技术,因而很容易集成于功率IC中.
5.学位论文陈雨霞开关电源最优设计技术研究2004
随着电力电子技术的不断发展,要求开关电源有更高的频率、更高的功率密度、更高的效率、更高的功率因数和更高的可靠性,同时还要求其电路相对简洁,并有较小的体积,这样才更具实用性.为了达到这些要求,人们已在功率半导体器件选择、拓扑结构研究、控制电路改进以及器件的排列布局等方面进行了不懈地努力,并取得了许多成果.然而,这些电路的设计过程只是设计者凭借自己的设计经验作的一种初步的优选,得到的也只是一个较优解,而不是最优解.近年来,人们引入功能强大的数学规划方法来解决开关电源的最优设计问题,从而形成了以数学规划为基础的开关电源最优设计技术.与常规设计方法相比,这种最优设计技术可以明显地提高开关电源的设计质量,大大缩短设计周期和减轻工程技术人员繁重的电路定型工作.该文针对两类典型的开关电源电路进行了最优化设计研究,主要工作如下:1、讨论了开关电源最优设计技术的研究背景与现状,介绍了该文研究的理论基础;2、在进行单相Boost PFC变换器初步设计的基础上,运用非线性规划技术对Boost PFC变换器进行了优化设计.结果表明,优化设计方案在满足各项性能指标的情况下,实现了设计目标的最优;3、进一步运用非线性规划技术对Buck电路进行了最优设计.仿真和实验波形表明了最优化设计的可行性;4、对开关电源最优设计技术的进一步研究工作进行了探讨与展望.
6.学位论文陈宏伟VDMOS器件终端结构的研究与分析2009
VDMOS是微电子技术和电力电子技术融和起来的新一代功率半导体器件。它具有开关速度快、输入阻抗高和负温度系数等一系列优点，广泛应用于开关电源、汽车电子、马达驱动和节能灯等各个领域。耐压能力是衡量功率器件发展水平的一个重要标志。VDMOS的耐压主要由终端结构决定，其中场限环终端结构可以有效地抑制主结边缘曲率效应引起的电场集中，而场板终端结构可以有效地缓解表面电荷对击穿电压的影响，从而提高击穿电压。因此
，对VDMOS终端结构的研究具有重要的实用价值。
本文分析了VDMOS的击穿机理，研究了当前普遍采用的场限环和场板终端结构。对于场限环，建立了单场限环结构的优化设计模型，对其电压分布和优化环间距取值进行了理论分析，并将单场限环的优化设计模型扩展到了多场限环的优化设计模型。利用TSUPREM4软件模拟器件的工艺流程，利用MEDICI软件模拟器件的电学特性，通过对器件结构和击穿电压的模拟，对理论分析进行了验证，并进一步分析了环间距、结深、环宽、环数和表面电荷等参数对击穿电压的影响。对于场板，讨论了接触式场板和悬浮式场板两种终端结构，分析了氧化层厚度、场板长度和结深等参数对击穿电压的影响
，得到了悬浮场板覆盖环间距离的四分之一时，击穿电压具有最高值这一结论。在对场限环和场板终端结构研究的基础上，结合两者的优点，得到了场限环与场板相结合的复合终端结构，并设计了不同耐压（400V、600V、900V）的VDMOS终端，能够很好地满足击穿电压的要求。
本文最后设计了VDMOS的工艺流程和版图，并在工艺生产线上流片。400V、600V、900V VDMOS的流片结果表明，实验制造的VDMOS终端结构和击穿特性与虚拟制造的VDMOS基本吻合。
7.期刊论文周习祥.杨赛良.ZHOU Xi-xiang.YANG Sai-liang BUCK DC/DC变换器最优化设计-电子设计工程
2010,18(5)
为了设计出高性能的开关电源,选择性能更为优越的功率半导体器件,改进电路拓扑结构,选择和改进控制电路的控制方式,优化器件的排列布局等成为必然途径.从BUCK DC/DC变换器的基本工作原理着手,设计了主电路参数,运用非线性规划技术对该电路进行优化设计,得到最优化模型,然后运用ORCAD PSPICE软件对电路进行仿真,仿真结果表明:运用最优化设计所体现的优越性明显,提高电路设计质量.
8.学位论文刘岐VDMOSFET的计算机模拟2004
VDMOSFET是将微电子技术和电力电子技术融合起来的新一代功率半导体器件.因其具有开关速度快、输入阻抗高、负温度系数等优点,在高频、中低功率领域得到广泛应用.但至今,在中国未能实现产业化.VDMOSFET的设计过程,实质就是解决导通电阻与器件耐压之间的矛盾的过程.在给定的耐压下,导通电阻最优值的探寻无疑成为设计的关键所在,而这个过程需要进行大量、繁重的运算,编制参数优化设计软件可以很好的解决这一问题.设计结果的验证工作一直是困扰设计人员的难题,过去只能采用"实验,,法即采用试流水的方法进行多次的反复实验,这种方法即费时又费钱,有时还得不到合理的结果.随着计算机运算能力的增强、器件物理模型的完善和数值分析技术的发展,通过计算机建模,实现对器件结构参数和电学参数的模拟已经成为可能.这不仅利于我们更深入地了解器件的工作原理和工作状态,而且加快了器件的研制开发速度,缩短了设计周期,节约了设计成本.正是本着这个目的, 该文对
500V/4.5A VDMOSFET(IRF830)的设计结果进行了器件模拟和工艺模拟. 该文共分为四大部分:第一部分详细介绍了VDMSOFET的结构和工作原理,描述了与功率器件有关的硅材料的性质,同时讨论了VDMOSFET的一些效应:二次击穿效应,准饱和效应和寄生效应;第二部分主要基于VDMOSFET的设计考虑,给出了VDMOSFET特征电阻的物理模型,在此基础上,运用Visual C++,编制了VDMOSFET参数优化设计程序;第三部分讨论了器件模拟软件的基本数值分析方法,利用PISCES对VDMOSFET进行了器件模拟,给出了器件的一些基本电学特性,最后提出关于设计器件模拟软件的一些有益建议;第四部分利用SUPREM软件进行了工艺模拟,讨论了工艺模拟过程中出现的一些问题,给出了工艺流程的改进建议.
9.学位论文张俊松600V/2A功率VDMOSFET设计研究2006
上世纪八十年代以来，电力电子技术取得了飞速发展，使得这一技术与我们今天的工业生产、交通运输、日常生活等息息相关。而功率器件是电力电子技术的重要组成部分，其中的VDMOSFET是将现代大规模集成电路(VLSI)制造技术和电力电子技术融合起来制造的功率集成化分立电力半导体器件。随着大规模集成电路制造技术的快速发展以及下游生产部门的需求的改变，VDMOSFET的新结构不断涌现，而制造工艺不断改进。
与双极型功率器件相比，VDMOSFET具有开关速度快、安全工作区稳定等等诸多优良性能，因此其应用领域十分广泛，在市售功率器件中，功率VDMOSFET占30％以上的份额。在国际上VDMOSFET已经形成规模化生产，这也是美国器件制造业的发展重点。在我国，对VDMOSFET的研究、设计与生产都处于相对落后的状态。本论文旨在对VDMOSFET器件的开发与研制做一些有益的探索与实践，这对VDMOSFET在我国的发展具有一定的借鉴作用。
本文首先对功率VDMOSFET的基本结构和工作原理进行简单阐述。然后对VDMOSFET的各种电学参数一一进行讨论，以找到这些电参数与器件结构、硅材料的选择间的关系。结终端技术的设计一直是功率半导体器件设计中的重要一环，因此这一部分也讨论了一些结终端技术的工作原理和应用范围，并对多场限环(FLR)的优化设计方法提出了一种新思路。最后论述了(600V/2A)VDMOSFET的设计与研制整个流程，并提出了制作工艺方面的相关建议。
本文的重点是以(600V/2A)VDMOSFET的设计和研制为例，详细推导了VDMOSFET结构参数的设计过程及制造工艺流程。在推导中主要考虑的是如何在实现较高的击穿电压的同时尽量减小器件的导通电阻。为此，本文给出了优化导通电阻的设计方法，使各种电参数、工艺参数相互结合，以实现最小的器件导通电阻，并且针对VDMOSFET器件的终端技术提出了一种新的多场限环的优化设计方法，以有效地提高器件的耐压水平。另外，VDMOSFET的内部体二极管非常有益于作为一个缓冲二极管而使用。然而，它的反向恢复速度较慢，使得开关过程的功率损失显著增大，因而大大限制了它的应用。对低压范
10.期刊论文尹电礼.葛长虹.YIN Dian-li.GE Chang-hong对传统程序控制脉冲电镀电源的设计改进-电子工艺技
术2006,27(1)
国产脉冲电镀电源采用手动调节参数,因此在设定好上述参数之后,只能实现单一参数的脉冲波形进行电镀;某些国外电镀电源虽然也实现了程控,但也存在一定的缺陷,如脉宽调节范围较窄,脉冲频率不可调等.我们针对上述缺陷,对传统脉冲电源进行了改造、优化设计.新设计的程序控制脉冲电镀电源以脉冲技术和斩波技术为主要手段,以大功率半导体器件为主开关器件,通过PIC单片机输出各种频率脉冲信号进行控制,来实现各种工艺要求的电镀.
引证文献(1条)
1.王颖.吴春瑜.曹菲.刘云涛非对称型门极换流晶闸管模拟[期刊论文]-功能材料与器件学报 2007(6)
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