晶闸管结终端结构的仿真研究

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功率半导体器件是电力电子技术的基础与核心,其具有高耐压、大通流的特点,提高功率半导体器件的耐压水平是一项重要的任务。功率半导体器件的结终端结构是器件的重要组成部分,该部分结构需要合理设计,这样能够提高功率半导体器件的性能。晶闸管是功率半导体器件中的一种,其高耐压和大通流是业界在进行电力系统的建设、一些电力电子装置发展的必要因素。对于晶闸管的技术要求依然在持续提高,并从晶闸管的派生器件中,寻找到了适合业界发展的器件,比如IGCT(集成门极换流晶闸管)等。本文在研究普通晶闸管工作原理的基础上,对晶闸管结终端结构进行了机理分析。晶闸管的击穿电压决定了器件的耐压水平,未做结终端造型的晶闸管,在很低电压下就会击穿,使得整个器件无法达到设计的阻断电压的要求。因此在晶闸管的设计中,也是要非常重视结终端结构这一部分。在各种结终端结构中,有适合晶闸管的结构,也有不适合晶闸管的结构,然而结终端结构不是一个固定的结构,而是需要根据实际情况进行改进,比如斜角的角度需要进行合适的选择,并且斜角的具体位置也会对晶闸管的性能产生影响。对于晶闸管结终端结构进行的改进必须考虑其性能是否达到要求,还要考虑工艺条件是否允许,这就需要综合考虑各方面因素,才能更好地设计结终端结构。本文对晶闸管的几种结终端结构进行论述,主要是斜角终端结构,其中包括正负斜角终端结构、类台面结构、双正斜角终端结构以及双负斜角终端结构等,这些结构适用于不同类型的晶闸管。之后对仿真工具进行了介绍,对Silvaco TCAD进行了详述,之后设计一款晶闸管的基本参数,这些参数能够在仿真时根据具体结构进行设计,确定了P1、N1、P2、N2四层结构的厚度与掺杂浓度,以提高仿真的可对比性和可行性。并且将各种斜角终端结构作用于所设计的晶闸管四层结构中,进行仿真,得到表面电场强度低于体内电场强度的验证,并且对各种斜角终端结构的优劣进行简要对比,以供制造工艺进行参考。本文在场限环-负斜角复合结终端结构的基础上,设计场限环-类台面复合结终端结构,并对其进行仿真,同时将其与场限环-负斜角复合结终端结构进行对比,并做出分析。以上工作基本涵盖了能够应用于晶闸管的结终端结构,并且对于晶闸管结终端结构的工艺特点也进行了简要的叙述,对本文研究工作做了总结,阐述了未来研究工作设想,为晶闸管提升性能贡献出自己的一份微薄之力。
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