автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Математическое моделирование тиристора с "мягким" восстановлением и создание специализированной программы для контролируемого регулирования основных параметров тиристоров при электронном облучении

На правах рукописи

Пяткин Денис Викторович

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТИРИСТОРА С «МЯГКИМ» ВОССТАНОВЛЕНИЕМ И СОЗДАНИЕ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ПРОГРАММЫ ДЛЯ КОНТРОЛИРУЕМОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТИРИСТОРОВ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Саранск - 2005

Работа выполнена на кафедре микроэлектроники Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева.

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Е.М. Гейфман Научный консультант: кандидат технических наук

В.В. Чибиркин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор В.А. Горюнов кандидат физико-математических наук, доцент А.Ю. Павлов

Ведущая организация: Пензенский государственный университет

Защита состоится «15» июня 2005 г. в 15 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета по защите кандидатских диссертаций КМ.212.117.07 при Мордовском государственном университете имени Н.П. Огарева по адресу: 430000, г. Саранск, ул. Большевистская, 68.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева

Автореферат разослан «11» мая 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук

Л.А. Сухарев

Л ¿</3/7Г

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Силовые полупроводниковые приборы являются основной элементной базой силовой преобразовательной техники. Их характеристики определяют эффективность преобразователей, которые применяются во многих областях народного хозяйства - электрифицированном транспорте, в химической и горнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии, самолето- и судостроении, электроэнергетике и станкостроении и т.д.

В преобразователях частоты для частотнорегулируемого асинхронного электропривода, индукционного нагрева и ряда других областей применения широкое распространение получила схема преобразователей частоты на базе автономного инвертора тока (АИТ). В этой схеме применяются конденсаторы, которые сочетают функции компенсации реактивной мощности нагрузки и коммутации тиристоров. Поэтому целесообразность применения в них полностью управляемых приборов (ЮВТ, ЮСТ и др.), вместо недорогих и имеющих низкое значение сопротивления в открытом состоянии тиристоров не всегда обоснована.

Принципиально важным для тиристоров, использующихся в АИТ, является то, что они должны иметь малую скорость уменьшения тока обратного восстановления (сИц/А). Это обусловлено тем, что в АИТ при переключении тиристоров из включенного состояния обратным напряжением, скорость уменьшения прямого тока ((Нт/<№) велика и ее значение составляет ~ 20^-50 А/мкс. В результате этого при применении в АИТ существующих тиристоров амплитуда тока обратного восстановления и скорость его уменьшения становятся большими, что приводит к возникновению на них недопустимых перенапряжений (и^м)- Форма тока и напряжения на тиристоре при его переключении из открытого состояния (прямой ток равен 1т) обратным напряжением (ик) приведена на рис. 1. В связи с вышеизложенным возникает задача разработки тиристоров с низким значением амплитуды тока обратного восстановления и скоростью его уменьшения, имеющих увеличенное значение коэффициента формы тока обратного восстановления (кР=1Д). Такие тиристоры по аналогии с диодами с «мягким» восстановлением [1], можно назвать тиристорами с «мягким» восстановлением.

Исходя из физических принципов работы тиристорной структуры [2], видится два способа решения данной задачи.

Первый, это создание зоны повышенной рекомбинации в окрестности анодного эмиттерного р-п перехода с помощью протонного облучения [3]. Второй способ, это использование специальной конструкции анодного эмиттерного слоя тиристора, характеризующейся наличием низколегированных каналов. Решить данную задачу с использованием существующих математических моделей тиристоров [4-5] затруднительно. Это связано с тем, что в их основу полагаются упрощающие предположения (например, одномерный и однородный характер распределения концентрации легирующей примеси, пренебрежение некоторыми физическими эффектами на разных этапах работы тиристорной структуоы!_которые не позволяют провести

точный количественный анализ структуры тиристора. В обоих случаях требуется создание неодномерной модели тиристора, позволяющей рассчитывать параметры и характеристики предлагаемых тиристорных структур.

\ 1«-5»-»1 « *» »1« и «

2 X ее э 2 ас э

Рис. 1. Форма тока и напряжения на тиристоре при его переключении из открытого состояния обратным напряжением

Задача улучшения динамических характеристик тиристоров, таких как время выключения (Ц), заряд обратного восстановления (<)„), связана прежде всего с необходимостью контролируемого регулирования времени жизни (т) неравновесных носителей заряда (ННЗ), а также выбора оптимальных геометрических и электрофизических параметров их полупроводниковых структур.

В настоящее время широко используются радиационные методы регулирования т (электронное и протонное облучение), поскольку они позволяют проводить контролируемое регулирование времени жизни ННЗ на заключительном этапе изготовления тиристоров, обладают высокой производительностью и воспроизводимостью.

Однако уменьшение т возможно только до определенных значений, после чего на тиристоре резко увеличивается величина импульсного напряжения в открытом состоянии (Цг). Так как все тиристоры характеризуются предельно допустимыми значениями величины ит (и™), при превышении которых тиристоры считаются браком, то для достижения наилучшего распределения тиристоров по динамическим характеристикам (ц и С?,,) необходимо, чтобы все приборы партии имели такие значения т, которые обеспечили бы значения ит, близкие к предельным, но не превышающие их. Из-за различия геометрических и электрофизических параметров приборов даже в пределах одной технологической партии, они характеризуются разными значениями величин ит и <3м1 до облучения и разными скоростями их изменения в процессе облучения. И хотя параметры рекомбинационных центров, вводимых в полупроводник в процессе облучения и профили их распределения являются в настоящее время в достаточной степени изученными [3], остается нерешенной задача, связанная с оперативным определением необходимой дозы облучения

индивидуально для каждого прибора в партии в условиях серийного производства. Эта задача требует создания специализированной программы, для контролируемого регулирования динамических характеристик тиристора в условиях серийного производства.

Цель и задача исследования. Целью работы является:

1) разработка квазитрехмерной математической модели тиристора с «мягким» восстановлением, основанной на численном решении полной феноменологической системы уравнений полупроводников и учитывающей: неоднородное распределение концентрации легирующей примеси в анодном эмиттерном слое, природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе протонного и электронного облучения, условия работы тиристора с «мягким» восстановлением в составе электрической схемы. Разработка конструкции и методов создания тиристоров с «мягким» восстановлением с уменьшенным значением амплитуды тока обратного восстановления и увеличенным значением коэффициента формы тока обратного восстановления, а также проведение оптимизации его геометрических и электрофизических параметров;

2) создание специализированной программы для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров в условиях серийного производства, методом электронного облучения, на основе аналитических соотношений, устанавливающих взаимосвязь параметров тиристоров до облучения с режимом их облучения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать квазитрехмерную математическую модель тиристора с «мягким» восстановлением, позволяющую с высокой достоверностью рассчитывать электрические параметры тиристора с «мягким» восстановлением в зависимости от геометрических и электрофизических параметров его полупроводниковой структуры, а также режима протонного и электронного облучения.

2. Используя разработанную математическую модель, провести исследование влияния протонного облучения тиристора с «мягким» восстановлением на его электрические параметры: импульсное напряжение в открытом состоянии, амплитуду тока обратного восстановления, коэффициент формы тока обратного восстановления.

3. Используя разработанную математическую модель, провести исследование влияния расположения и размеров низколегированных каналов в анодном эмиттерном слое на его электрические параметры: импульсное напряжение в открытом состоянии, амплитуду тока обратного восстановления, коэффициент формы тока обратного восстановления.

4. Разработать специализированную программу, на основе аналитических соотношений устанавливающих взаимосвязь параметров тиристора до облучения с режимом их облучения, предназначенных для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров в условиях серийного производства,

позволяющую определять необходимую дозу электронного облучения индивидуально для каждого тиристора облучаемой партии приборов.

Методы исследования.

Проводится расчет основных электрических характеристик тиристора с «мягким» восстановлением по заданным геометрическим и электрофизическим параметрам его полупроводниковой структуры численными методами с использованием возможностей программы БЕББ^ (18Е-ТСАЦ) [6].

Научная новизна полученных результатов и выводов.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

1. Разработана квазитрехмерная математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением в радиально-симметричном приближении, позволяющая рассчитывать статическую вольтамперную характеристику тиристора в открытом состоянии, а также процесс обратного восстановления тиристорной структуры при приложении к ней обратного напряжения и учитывающая: влияние концентрации легирующей примеси на ширину запрещенной зоны полупроводника, время жизни и подвижность носителей заряда; природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе электронного или протонного облучения; условия работы тиристора в составе электрической схемы.

2. Показано, что протонное облучение со стороны анода, с положением максимума рекомбинационных дефектов в п-базовой области в окрестности анодного эмиттерного р-п перехода является наиболее оптимальным способом облучения тиристоров с «мягким» восстановлением.

3. Показано, что при расположении низколегированного канала под п+-слоем, размер которого равен =350 мкм, при расстоянии между шунтами тиристора 1500 мкм после протонного облучения в п-базу тиристора, в окрестность анодного эмиттерного перехода со стороны анода, достигается лучшее сочетание параметров обратного восстановления (амплитуды тока обратного восстановления и коэффициента формы тока обратного восстановления при заданном значении импульсного напряжения в открытом состоянии) тиристора с «мягким» восстановлением.

4. Разработана специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров, на основе аналитических выражений, устанавливающих взаимосвязь регулируемых параметров от дозы облучения для каждого прибора облучаемой партии в условиях серийного производства.

Практическое значение диссертационной работы заключается в том, что в ней разработана и апробирована на практике для решения задач проектирования математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением. Значения основных электрических параметров, рассчитанных по разработанной модели тиристора с «мягким» восстановлением, соответствуют средним значениям экспериментальных данных с максимальным отклонением 9,8 %.

На основе аналитических соотношений создана специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в

открытом состоянии и заряда обратного восстановления в условиях серийного производства. Применение разработанной программы позволяет обеспечить 9599% попадание в заданный диапазон значений регулируемых электрических параметров.

Реализация и внедрение результатов работы.

На основе результатов полученных в работе были разработаны конструкторская документация и технологический процесс изготовления тиристоров с «мягким» восстановлением, а так же специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров в условиях серийного производства, которая используется на ОАО «Электровыпрямитель».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях по силовым полупроводниковым приборам (18Р8'02, Прага 2002 г., РС1М 2003, Нюрнберг 2003 г.), "Фундаментальные и прикладные проблемы физики" (Саранск, 2003 г.), на научной конференции "Огаревские чтения" (Саранск, 2003 г.), на научных семинарах Средневолжского математического общества под руководством профессора Воскресенского Е.В. (Саранск, 2005 г.) и на заседаниях кафедры микроэлектроники факультета электронной техники в Мордовском государственном университете имени Н.П. Огарева (Саранск, 2002, 2003,2004 и 2005 г.г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 10 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, разбитых на разделы, заключения и библиографического списка. Объем диссертации - 119 страниц. Библиографический список содержит 72 наименования.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Квазитрехмерная математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением в радиально-симметричном приближении, позволяющая рассчитывать статическую вольтамперную характеристику тиристора в открытом состоянии, а также процесс обратного восстановления тиристорной структуры при приложении к ней обратного напряжения, учитывающая: эффекты высокого уровня инжекции; влияние концентрации легирующей примеси на ширину запрещенной зоны полупроводника, время жизни и подвижность носителей заряда; природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе электронного или протонного облучения; условия работы тиристора в составе электрической схемы.

2. Протонное облучение со стороны анода, с положением максимума рекомбинационных дефектов в п-базовой области в окрестности анодного эмиттерного р-п перехода наиболее оптимальный способ облучения тиристоров с «мягким» восстановлением.

3. При расположении низколегированного канала под п+-слоем, размер которого равен ~350 мкм, при расстоянии между шунтами тиристора 1500 мкм

после протонного облучения в п-базу тиристора, в окрестность анодного эмиттерного перехода, со стороны анода достигается лучшее сочетание параметров обратного восстановления.

4. Применение в серийном производстве разработанной специализированной программы для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров позволяет получить 95-99% годных приборов после электронного облучения.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы разработки неодномерной математической модели тиристора с «мягким» восстановлением, а также специализированных программ, показаны научная новизна и практическая ценность сформулированы цель и задачи диссертационной работы, положения, выносимые на защиту, описана структура диссертации.

В первой главе приведен обзор методов и дан анализ современного состоянии моделирования силовых полупроводниковых приборов. Рассматриваются способы математического описания работы тиристора. Исходя из анализа этих данных, в соответствии с поставленной целью работы, сформулированы задачи исследований.

В работе [8] описана квазитрехмерная математическая модель тиристорно-диодной структуры реверсивно-включаемого динистора асимметричного (РВДА) в радиально-симметричном приближении, описывающая реальную полупроводниковую структуру в виде множества повторяющихся элементарных структур цилиндрической формы. Данная математическая модель РВДА позволяет получить расчетные зависимости основных электрических параметров РВДА от геометрических и электрофизических параметров его полупроводниковой структуры, провести оптимизацию конструкции полупроводниковой структуры РВДА исходя из заданных электрических характеристик, исследовать распределение концентрации неравновесных носителей заряда в диодных и тиристорных секциях полупроводниковой структуры РВДА при его работе.

Однако в работе [8] не был обоснован переход от структуры гексагональной формы к структуре цилиндрической, и так как РВДА в силу принципа работы не обладает обратной блокирующей способностью, разработанная математическая модель, рассмотренная в работе [8], была создана для прибора, который имеет конструкцию - тиристор-диод и не позволяет исследовать процесс обратного восстановления тиристорных структур при переходе из состояния с высокой проводимостью в блокирующее состояние.

Исходя из вышеизложенного, математическая модель РВДА не позволяет исследовать процесс обратного восстановления тиристора при переходе из состояния с высокой проводимостью в блокирующее состояние. Поэтому для расчета основных электрических характеристик тиристора с «мягким» восстановлением в зависимости от геометрических и электрофизических

параметров его полупроводниковой структуры, а также режима протонного и электронного облучения, необходимо создание математической модели тиристора с «мягким» восстановлением, лишенной этих недостатков.

В работе [4] показано, что обеспечение заданных значений 11т или <3„ тиристоров можно добиться путем варьирования т. В работе [9] показано, что радиационные методы позволяют эффективно воздействовать на т, а следовательно, регулировать значения величин ит и (3,,. И хотя параметры рекомбинационных центров, вводимых в полупроводник при облучении и профили их распределения являются в настоящее время в достаточной степени изученными остается нерешенной задача, связанная с оперативным определением необходимой дозы облучения индивидуально для каждого прибора в партии в условиях серийного производства.

Исходя из вышеизложенного, необходимо разработать специализированную программу для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров, на основе аналитических выражений, устанавливающих взаимосвязь регулируемых параметров от дозы облучения для каждого прибора облучаемой партии в условиях серийного производства.

Во второй главе описывается разработанная математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением, проводится выбор моделей физических процессов, входящих в разработанную модель.

Для описания стационарных и переходных процессов, протекающих при работе тиристора, нужно определить динамическое распределение концентрации носителей заряда, электростатического потенциала в его базовых областях. Для этого необходимо совместно решить феноменологическую систему дифференциальных уравнений полупроводника

V ■ ёУ ц/ = ~д(р - п + Nв - Nл),

а так же уравнений электрического баланса внешней цепи. Поскольку измерение рассматриваемых электрических параметров происходит при постоянной температуре и в ходе измерений не происходит разогрев тиристорной структуры, в работе рассматривается изотермическая задача.

Система решается относительно: у - электростатический потенциал, пир - концентрация электронов и дырок (связаны с ф„ и фр - квазипотенциалами Ферми для электронов и дырок). Уравнения для плотностей токов электронов и дырок имеют вид:

Л = -пдмУФп Л = -рчиР^ФР, (2)

ц„ и Цр - подвижности электронов и дырок, Я - скорость электронно-дырочной рекомбинации.

Для решения системы дифференциальных уравнений (1) и расчета электрических параметров тиристора с «мягким» восстановлением была использована специализированная программа ЭЕ8818 18Е-ТСАЦ [6], купленная Мордовским государственным университетом по лицензии у швейцарской компании 18Е-АО.

Разработанная математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением учитывает следующие физические эффекты:

1) Сужение ширины запрещенной зоны кремния с ростом концентрации легирующей примеси.

2) Рассеяние носителей заряда на заряженных ионах примеси, а также электронно-дырочное рассеяние.

3) Рекомбинацию Шокли-Холл-Рида с временами жизни неравновесных носителей заряда, зависящими от концентрации легирующей примеси.

4) При моделировании влияния электронного и протонного облучения совместно с феноменологической системой дифференциальных уравнений решаются дифференциальные уравнения для вероятности захвата электрона энергетическим уровнем рекомбинационного центра (РЦ). Рассчитывается общая рекомбинация с участием всех РЦ. Кроме того, в уравнении Пуассона учитывается заряд электронов, захваченных на РЦ.

Основные характеристики РЦ, вводимых в кремний в процессах электронного или протонного облучения взяты из работы [9].

В работе [8] было получено распределение плотности тока под катодным эмиттерным р-п переходом для тиристорно-диодной структуры, находящейся в открытом состоянии. Используя эту зависимость, был произведен расчет относительной погрешности (Д1) в значениях тока для элементарных структур гексагональной и цилиндрической формы. На основании сделанных оценок было показано, что при переходе от элементарной структуры гексагональной к элементарной структуре цилиндрической формы следует, что площадь элементарной структуры цилиндрической формы должна быть несколько больше, чем у структуры гексагональной формы. В результате произведенного расчета была построена зависимость отношения Д1/1г (1г - ток протекающий через структуру гексагональной формы) от изменения радиуса катодного шунта (гш) относительно радиуса элементарной структуры цилиндрической формы (г0) площадь которой равна элементарной структуре гексагональной формы (гш/г0), представлена на рис. 1.

Для того чтобы ток, протекающий через структуру гексагональной формы, был равен току, протекающему через элементарную структуру цилиндрической формы, радиус г„' элементарной структуры цилиндрической формы рассчитываем по формуле:

где, /ш - расстояние между шунтами, о(й) = (ш Л, Ь=Дгш/г0), определяемая из

(2)

расчетных данных.

ДШГ

х10'3» 4,5 -4,0 -

3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 -0,5 -0,0 -

0,4

0,6

Гш/Го

Рис. 1. Зависимость Д1/1г от изменения радиуса катодного шунта относительно радиуса элементарной структуры (гш/г0)

а) б)

Рис. 2. Элементарные структуры тиристора с «мягким» восстановлением (а - структура с зоной повышенной рекомбинации б - структура с неоднородным легированием анодной эмиттерной области)

С учетом вышеизложенного, можно перейти к рассмотрению элементарной структуры цилиндрической формы с шунтом, расположенным в центре катодного эмитгерного перехода (рис. 2), моделирование которой возможно в радиально-симметричном приближении.

Принимается, что анодный и катодный контакты к структуре являются омическими, то есть для носителей заряда на границе полупроводниковой структуры выполняются условие электронейтральности. Поскольку элементарные структуры изолированы между собой, то потоки носителей заряда и напряженности электрического поля через боковые границы элементарной структуры равны нулю.

Для снижения значения 1ЛМ и сН/Л, при сохранении значений остальных параметров тиристора на допустимом уровне, необходимо обеспечить контролируемое снижение величины накопленного заряда в области анодного эмиттерного перехода. Этого можно достигнуть либо путем создания зоны

11

повышенной рекомбинации в базовой области п-типа вблизи анодного эмиттерного перехода (рис. 2 а), либо путем регулирования коэффициента инжекции анодного эмиттерного перехода за счет создания локальных областей с пониженным коэффициентом инжекции - низколегированных каналов (неоднородное по площади легирование анодного эмиттерного перехода, рис. 2 б, 4-длина низколегированного канала).

Значение ит определяется как величина установившегося падения напряжения на структуре тиристора при фиксированном значении постоянного тока (рис. 3 а). При расчете процесса обратного восстановления к структуре (рис. 3 б), находящейся в открытом состоянии, прикладывается обратное напряжение, под действием которого происходит восстановление обратной блокирующей способности тиристора. При этом скорость спада прямого тока и роста обратного тока определяет индуктивность Ь.

Ке=1 Ом 1^=1 Ом Б

Рис. 3. Электрические схемы для расчета (а - параметра ит, б - процесса обратного восстановления тиристора)

Моделирование тиристора с «мягким» восстановлением, имеющим конструкцию с однородным легированием анодного слоя, проводилось на примере полупроводниковой структуры тиристора с «мягким» восстановлением с диаметром выпрямительного элемента 42 мм, рассчитанной на допустимое напряжение в закрытом состоянии 1800 В.

Для определения ит к структуре прикладывается напряжение амплитудой ио=1970 В. Для определения значения амплитуды тока обратного восстановления к структуре прикладывается напряжение амплитудой ио=630 В. Данные параметры соответствуют реальным значениям, имеющим место при испытаниях опытных образцов тиристоров с таким же диаметром выпрямительного элемента.

С целью нахождения оптимального способа протонного облучения для создания тиристора с «мягким» восстановлением, у которого достигалось бы наименьшее значение 1км и наибольшее значение кР при одинаковом значении ит, в ходе моделирования рассматривались четыре разных расположения областей повышенной рекомбинации, создаваемых при протонном облучении. Расположения областей повышенной рекомбинации приведены на рис. 4. Результаты моделирования протонного облучения сравнивались с результатами моделирования электронного облучения, так как в настоящее время в

производстве тиристоров электронное облучение используется для регулирования их динамических параметров после изготовления.

Рис. 4. Положение областей повышенной рекомбинации, создаваемые в результате протонного облучения

При моделировании варьировалась доза облучения, что позволило получить и сравнить ряд зависимостей, приведенных ниже.

Из результатов, представленных на рис.5 и рис. 6 следует, что протонное облучение со стороны анода позволяет получить лучшее сочетание характеристик тиристора с «мягким» восстановлением, чем при облучении со стороны катода. Как видно из рис. 5, при уменьшении 1мл значение Цг (кривые 1 и 2) увеличивается значительно быстрее, чем при протонном облучении со стороны анода (кривые 3 и 4). Протонное облучение со стороны анода способствуют более быстрому восстановлению высоковольтного эмиттерного перехода (и малым значениям 1^) и более плавному его спаду (высоким значениям кР) за счет более медленной рекомбинации избыточного заряда в оставшейся п - базе, свободной от рекомбинационных центров.

Рис. 5. Зависимость импульсного напряжения в открытом состоянии от максимального значения амплитуды тока обратного восстановления для различных режимов протонного облучения (1, 2,3, 4 - соответствуют режимам протонного облучения, показанным на рис. 4, 5 - соответствует электронному

облучению)

О 0,5 1 1,5 2

Рис. 6. Зависимость импульсного напряжения в открытом состоянии от коэффициента формы тока обратного восстановления (кривые 1,2,3,4 -соответствуют режимам протонного облучения, показанным на рис. 4, 5 -соответствует электронному облучению)

Для проверки соответствия разработанной модели экспериментальным данным были изготовлены экспериментальные образцы тиристоров. Полученные приборы были облучены протонами.

Было испытано 45 экспериментальных образцов тиристоров с «мягким» восстановлением, которые до и после облучения обладали электрическими параметрами, представленными в табл. 1. В таблице указаны: значения параметров, рассчитанных по разработанной математической модели; диапазон изменения измеренных значений экспериментальных параметров; среднеарифметические значения измеренных параметров; отклонение расчетных параметров относительно среднеарифметических значений измеренных параметров.

Сопоставление расчетных и экспериментальных средних значений параметров ит, Тцм и кР для различных значений доз протонного облучения показало, что они хорошо совпадают, с максимальным отклонением 9,8% (табл. 1), что позволяет судить о достоверности разработанной модели тиристора с «мягким» восстановлением

Табл. 1

Сравнение расчетных и экспериментальных данных

06л Энергия МэВ Доза, см2 ит,в 1ям, А

Расч Эскп Среди Откл % Расч Эскп Среда Откл % Расч Эскп. Среди Откл'/.

Без обл . 1.23 1.15-1.28 1.28 3.9 119.0 117-125 121 1.6 0.20 0.17-0.25 0,21 4.8

катод 4,7 0.5 10ю 1,61 1.58-1.65 1.69 4.7 87,0 84-91 87,5 0.5 0.34 0,32-0,35 0,33 1.5

1 Ю10 2.1 2.02-2,15 2,15 2,3 83.0 81-8? 85 2,3 0,40 0.38-0.41 0.35 1.3

?10'° 2,86 2.78-2.8? 2,85 1,0 80.0 78-86 82 2,4 0.48 0.48-0,52 0,50 4,0

6,5 0.5 10ю 2.33 2.3-2.41 2.41 3.3 36.0 35-41 38 5.2 0.34 0,32-0,38 0.35 2,9

1 10" 3.67 3.59-3.82 3.82 3.9 32.0 31-37 35,5 9,8 0.48 0.45-0.54 0.49 3.0

2 10'° 6.6? 6,52-6,78 6,78 1.5 28.0 25-34 29,5 5,1 0,59 0.51-0.62 0.56 4.4

анод 3,6 0.5-Ю10 1.52 1.49-1.55 1.55 1.9 38.0 37-43 40 5.0 1.30 1.24.32 1.28 1.6

1 Ю10 1.77 1.72-1.85 1.85 4.3 24.0 23-28 25.5 5.9 1.40 1.29-1.42 1.35 3.3

2 10'° 2,21 2,17-2,31 2,31 4,4 15.5 14-15 16.5 6.1 1,90 1.75-1.87 1.81 5.0

2,3 0.5-Ю10 1.43 1.41-1.48 1.48 3,4 72.5 69-75 74 2.0 0.72 0.65-0.73 0.65 4.3

1 Ю10 1.6 1.57-1.64 1,64 2,4 58.8 55-64 59,5 1.2 0.85 0.80-0.86 0.83 2.4

2 10" 1.5 1.84-1.94 1,94 2.1 48.2 45-56 50.5 4.6 1,05 0.94-1.1 1.02 2.9

Были построены расчетные зависимости основных электрических параметров тиристора с «мягким» восстановлением (ит, 1КМ, кР) от дозы протонного облучения. Сравнение зависимостей расчетных и экспериментальных данных подтвердило выводы сделанные при анализе результатов моделирования.

Моделирование тиристора с «мягким» восстановлением, имеющим конструкцию с неоднородным легированием анодного эмиттерного слоя, проводилось на примере полупроводниковой структуры тиристора с «мягким» восстановлением с диаметром выпрямительного элемента 56 мм, рассчитанной на допустимое напряжение в закрытом состоянии 2400 В.

Для определения ит к структуре прикладывается напряжение амплитудой ив=2500 В. Для определения значения амплитуды тока обратного восстановления к структуре прикладывается напряжение амплитудой ио=800 В. Данные параметры соответствуют реальным значениям, имеющим место при испытаниях опытных образцов тиристоров с таким же диаметром выпрямительного элемента.

С целью нахождения оптимального расположения и размера низколегированного канала, при котором достигалось бы наименьшее значение ¡ям и наибольшее значение кР при одинаковом значении ит в ходе моделировании рассматривалось несколько вариантов конструкции тиристора с «мягким» восстановлением. На рис. 7 представлены варианты расположения низколегированных каналов (/ - длина низколегированного канала). Для всех вариантов конструкции, с целью сравнения параметров обратного восстановления (1км и кР) при одинаковом значении 11г проводилось моделирование протонного облучения со стороны анода. Максимум распределения рекомбинационных центров, образующихся при этом, создавался со стороны анода в п-базе в близи анодного эмиттерного р-п перехода. Результаты моделирования представлены в табл. 2.

а) б)

Рис. 7. Варианты расположения низколегированных каналов в анодном эмитгерном слое

Для сравнения влияния низколегированных каналов на параметры 1КМ и кР проводилось моделирования варианта конструкции, который имеет однородное легирование анодного эмиттерного слоя.

Как видно из результатов моделирования вариант конструкции рис. 7 а тиристора с «мягким» восстановлением, имеющий ширину /=350 мкм, имеет наименьшее значение параметра и наибольшее значение параметра кР при

одинаковом значении параметра ит, по сравнению с другими вариантами конструкции тиристора с «мягким» восстановлением, следовательно, является оптимальным для тиристоров с «мягким» восстановлением.

Табл. 2

Сравнение данных моделирования

Вариант конструкции Значения параметров до протонного облучения Значения параметров после протонного облучения

Вариант расположения низколегированно го канала Ширина низколегированно го канала, мкм ит,в Irm, А kF ит, в Irm, А кр

а 150 1.86 -204,37 1,01 2,3 -95 1.37

350 1,99 -171,38 1,11 2,3 -77,1 1,77

550 2,16 -145,00 1,19 2.3 -121.2 1,22

6 150 1,82 -239,55 0,87 2,3 -103,75 1,32

350 1,84 -222.28 0,95 2.3 -84,5 1,55

550 1,9 -192,22 1.03 2,3 -108.2 1,25

Однородное легирование 1,79 -249,26 0,50 2,3 -87,2 1,29

Варианты расположения низколегированного канала а) и б) представлены на рис 7

В третьей главе описывается специализированная программа, позволяющая определять дозу электронного облучения для регулирования ит и тиристоров, в условиях серийного производства, индивидуально для каждого облучаемого прибора. Указанная программа разработана с использованием соотношений (3 и 7 для ит и соответственно), полученных на основе анализа работ [4, 9]. Используя выражение (3), вычисляется максимально и минимально допустимые дозы последующего электронного облучения (Фк+1,тах и Фк+1,тт соответственно), для каждого выпрямительного элемента (в.э.) партии тиристоров, при которых достигается заданное значение ит (из). Величина Ди3 определяет допустимое отклонение ит от и3, для облучаемой партии тиристоров.

Ф*+1/=------рг^--4>ЬФ- (3)

МоА

где 1 - номер облучаемого в.э.; к - номер облучения (к=0,1,2...); ив - требуемое значение ит после облучения (при расчете Фк]тах величина и8=и3+ди3, а при расчете Фкшт величина 118=и3-Ди3); и0, - значение иТ для ¡-ого в.э. до облучения; т0, - значение т для 1-ого в.э. до облучения; Фк,ф - фактическая доза последнего облучения ¡-ого в.э., значения Ь„ а, и к,, для 1 - в.э. вычисляются из соотношений (4-6) соответственно.

Ч,

где W=W„ + Wp (Wn, Wp - ширина п- и р-базовых областей соответственно); Б* - коэффициент амбиполярной диффузии.

и«~и°> , (5)

' W12 JD\

где тк, - значение т для ¡-ого в.э. после к-ого облучения.

Используя выражения (7), вычисляется максимально и минимально допустимые дозы последующего электронного облучения (Ф^тих и Фк+ишт соответственно), для каждого в.э. партии тиристоров, при которых достигается требуемое значение С?гг ((¡>„3). Величина ЛС?гг3 определяет допустимое отклонение <3^ от ргг3, для в.э. облучаемой партии тиристоров.

где Оя, - значение Qrr для 1-ого в.э. после к-ого облучения (к=0,1,2...);С}, -требуемое значение С>гг после облучения (при расчете Фк+1,тах величина 0(=0ггз+Д Оггз, а при расчете Фк+1,тт величина О, =С?гг3-Д (?п3); - определяется

из соотношения (8)

, (8)

где р0, - значение для ¡-ого в.э. до проведения облучения.

В серийном производстве тиристоров, при расчете дозы первого облучения величины а,, к^ и кд, для каждого в.э. партии неизвестны, поэтому для того, чтобы не переоблучить партию в.э., указанные величины определяются путем облучения контрольных в.э.

Исходными данными для расчета дозы облучения являются толщина пир базы тиристора, предельное максимальное и минимальное конечные значения ит для облучаемой партии, а также исходные значения ит и т каждого в.э. облучаемой партии.

С использованием разработанной программы было проведено регулирование величины 1!т партии тиристоров типа ТБЗЗЗ-400 в количестве 110 шт. После проведения электронного облучения значения ит в.э. партии должны были удовлетворять неравенству 2,45 В <ит< 2,65 В. На рис. 9 приведено экспериментальное и расчетное распределение приборов по параметру ит после второго облучения в.э. партии. Как видно из рис. 9, после второго облучения 96% в.э. партии находится в заданном диапазоне по величине ит.

Также с использованием вышеназванной программы было произведено регулирования величины С>,г партии тиристоров типа ТБ353-800 в количестве 82 шт. Значения (}„ после электронного облучения в.э. партии должны были удовлетворять неравенству 300 мкКл < 0„ < 450 мкКл. На рис. 10 приведено экспериментальное и расчетное распределение приборов по параметру ргг после второго облучения в.э. партии. Как видно из рис. 10, после второго облучения 100% в.э. партии находится в заданном диапазоне по величине С>гг. Представленные данные свидетельствуют о том, что применение разработанной специализированной программы позволяет обеспечить 95-99% попадание в заданный диапазон значений электрических параметров ит и С>гг.

тиристоров

1 - Экспериментальные значения ит после 1 -ого облучении, 2 - Экспериментальные значения I'- после 2-ого облучения 1' - Расчетные значения ит после 1 -ого облучения 2' - Расчетные значения ит после 2-ого облучения

Рис. 9. Расчетные и экспериментальные значения ит на тиристорах типа ТБЗЗЗ-400 после электронного облучения

тиристоров

1 - Экспериментальные значения ()„ после 1 -ого облучения 2 - Экспериментальные значения после 2-ого облучения 1' - Расчетные значения О- после 1 -ого облучения 2' - Расчетные значения 0ГГ после 2-ого облучения

Рис. 10. Расчетные и экспериментальные значения С)гг на тиристорах типа ТБ353-800 после электронного облучения

Уменьшение отклонения расчетных данных от экспериментальных происходит вследствие того, что на втором этапе электронного облучения

18

более точно определяются зависимости ит и от дозы облучения непосредственно для каждого в.э. Представленные данные свидетельствуют о высокой эффективности применения разработанной программы для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления, примененной в условиях серийного производства тиристоров.

Заключение. Исследования, проведенные при выполнении диссертационной работы, позволяют считать возможным применение разработанной математической модели, для расчета электрофизических параметров и создания конструкции и полупроводниковой структуры тиристора с «мягким» восстановлением, и специализированной программы для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров в условиях серийного производства, методом электронного облучения. При этом получены следующие основные результаты:

1. Разработана квазитрехмерная математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением в радиально-симметричном приближении, позволяющая рассчитывать статическую вольтамперную характеристику тиристора в открытом состоянии, а также процесс обратного восстановления тиристорной структуры при приложении к ней обратного напряжения, которая учитывает: влияние концентрации легирующей примеси на ширину запрещенной зоны полупроводника; время жизни и подвижность носителей заряда; природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе электронного или протонного облучения; условия работы тиристора в составе электрической схемы.

2. Определено влияние расположения области повышенной рекомбинации и направление протонного облучения, по отношению к тиристорной структуре, на значения параметров процесса обратного восстановления (амплитуды тока обратного восстановления и коэффициент формы тока обратного восстановления) и величину импульсного напряжения в открытом состоянии тиристора с «мягким» восстановлением. Значения рассчитанных электрических параметров тиристора с «мягким» восстановлением для различных значений доз протонного облучения соответствуют средним значениям экспериментальных данных с максимальным отклонением 9,8 %.

3. Исследовано влияние расположения и размеров низколегированных каналов в анодном эмиттерном слое на значения параметров процесса обратного восстановления (амплитуды тока обратного восстановления и коэффициент формы тока обратного восстановления) и величину импульсного напряжения в открытом состоянии тиристора с «мягким» восстановлением.

4. На основе полученных аналитических соотношений, устанавливающих взаимосвязь дозы облучения и импульсного напряжения в открытом состоянии или заряда обратного восстановления тиристоров, разработана специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров при электронном облучении, в условиях серийного

производства. Показано, что применение в серийном производстве названной программы позволяет получить 95-99% годных приборов после этапа электронного облучения.

Цитируемая литература

1. Потапчук В. А., Чарыков H.A. Силовые сверхбыстровосстанавливающиеся диоды с мягкой характеристикой обратного восстановления // Перспективные виды электротехнического оборудования для передачи и распределения электроэнергии: Сб. докладов VI симпоз. Электротехника 2010: Разделы 5,6,7. Т. III., Моск. Обл., 2001. С. 19-24.

2. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Мир, 1984. - 456 с.

3. Козловский В.В. Модифицирование полупроводников пучками протонов. - СПб.: Наука, 2003. - 268 с.

4. Дерменжи П.Г., Кузьмин В.А., Крюкова H.H., Мамонов В.И., Павлик В.Я. Расчет силовых полупроводниковых приборов / Под ред. В.А. Кузьмина. -М.: Энергия, 1980. - 184 с

5. Григоренко В.П., Дерменжи П.Г., Кузьмин В.А., Мнацаканов Т.Т. Моделирование и автоматизация проектирования силовых полупроводниковых приборов. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.

6. Челноков В.Е., Евсеев Ю.А. Физические основы работы силовых полупроводниковых приборов. - М.: Энергия, 1973. - 280 с.

7. DESSIS ISE-TCAD 7.0: User's Manual / ISE-AG Inc. - 2000. - No. 12. -432 p.

8. Шувалов Д.С. Математическое моделирование асимметричных реверсивно-включаемых динисторов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева. - 2003.

9. Чибиркин В.В. Разработка методов контролируемого регулирования времени жизни неравновесных носителей заряда в силовых полупроводниковых приборах // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Институт проблем электрофизики РАН, г. Санкт-Петербург. -1999.

Список публикаций по теме диссертации

1. Гейфман Е.М., Чибиркин В.В., Пяткин Д.В. Математическое моделирование тиристора с «мягким» восстановлением // Саранск, Средневолжское математическое общество, 2005, препринт № 84. 20 с.

2. Geyfman Е.М., Chibirkin V.V., Eliseev V.V., Artemova I.V., Pyatkin D.V., Kuznetsov V.N. Optimum technological process of power semiconductor devices electron irradiation // 6th International seminar on power semiconductors ISPS'02, Прага - 2002.-C. 177-179.

3. Гейфман E.M., Чибиркин B.B., Елисеев B.B., Артемова И.В., Пяткин Д.В., Кузнецов В.Н. Регулирование величины импульсного напряжения в открытом

состоянии тиристоров методом электронного облучения // Учеб. эксперимент в высшей школе, Саранск:. - 2002, №1, С 58-63

4. Гейфман Е.М., Чибиркин В.В., Елисеев В.В., Герман А.Е., Пяткин Д.В. Применение ЭВМ для моделирования процесса выключения тиристоров с "мягким" восстановлением // Учеб. эксперимент в высшей школе, Саранск:. -

2002, №2, С 43-49.

5. Geyfman Е.М., Chibirkin V.V., Eliseev V.V., Baru A.Yu., Shindnes Yu.L., Pyatkin D.V. New Type Thyristors - Soft Recovery Thyristors // Proceedings of conference PCIM2003, Nuremberg, 2003. P. 595-600.

6. Гейфман E.M., Пяткин Д.В Новый тип тиристоров - тиристоры с «мягким» восстановлением // Фундаментальные и прикладные проблемы физики: Тезисы докладов IV Международной научно-технической конференции / Под ред. В.К. Свешникова; Мордов. гос. пед. ин-т. - Саранск,

2003.-С. 115

7. Гейфман Е.М., Пяткин Д.В. Математическое моделирование обратного восстановления тиристора с «мягким» восстановлением // «Электроника и информационные технологии - 2003» / Сборник научных трудов - Саранск: «Средневолжское математическое общество», 2003. - С. 85-90

8. Гейфман Е.М., Чибиркин В.В., Пяткин Д.В. Регулирование амплитуды тока обратного восстановления тиристоров методом протонного облучения // Полупроводниковые и газоразрядные приборы, Саранск:. - 2004, №1, С 43-45

9. Гейфман Е.М., Чибиркин В.В., Елисеев В.В., Пяткин Д.В., Бару А.Ю., Шинднес Ю.Л. Математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением // Техническая электродинамика, тематический выпуск «Силовая электроника и энергоэффективность». Часть 1. - Киев, 2004. - С. 35-38

10.Чибиркин В.В., Гейфман Е.М., Максутова С.А., Шувалов Д.С., Гарцев H.A., Пяткин Д.В. Новые высоковольтные силовые полупроводниковые приборы с высокими динамическими параметрами // Современное состояние развития приборов силовой электроники и преобразовательной техники: Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. Саранск, 27-28 октября 2004 г. - Саранск, 2004. - С. 1-3.

4

«

Подписано в печать 27.04.05. Объем 1,10 п. л. Тираж 100 экз. Заказ № 84.

Отпечатано в ОТД ОАО «Электровыпрямитель» 430001 Саранск, ул. Пролетарская, 126

€1000 0

РНБ Русский фонд

2006-4 6522

П

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Конструкция и физические основы работы тиристора

1.2. Математическое моделирование тиристорных структур

1.2.1. Феноменологическая система дифференциальных уравнений полупроводника

1.2.2. Некоторые физические эффекты, учитывающиеся при математическом моделировании полупроводниковых 20 приборов

1.2.3. Численное моделирование тиристорных структур

1.2.4. Аналитическое моделирование тиристоров

1.2.4.1. Аналитическая модель статической вольтамперной характеристики тиристоров в открытом состоянии

1.2.4.2. Процесс обратного восстановления тиристоров

1.3. Радиационные методы уменьшения времени жизни ННЗ

1.4. Оптимизация некоторых характеристик силовых тиристоров

1.5. Выводы и постановка задачи

ГЛАВА II. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

ТИРИСТОРА С «МЯГКИМ» ВОССТАНОВЛЕНИЕМ

2.1. Конструкции моделируемой структуры

2.2. Профили распределения концентрации легирующей примеси

2.3. Учет влияния внешней цепи на работу тиристора с «мягким» восстановлением

2.4. Основные уравнения математической модели тиристора с «мягким» восстановлением

2.5. Краевые и начальные условия

2.6. Моделирование влияния протонного облучения на основные электрические параметры тиристора с «мягким» 58 восстановлением

2.7. Моделирование влияния неоднородного легирования анодного эмиттерного перехода на основные электрические 70 параметры тиристора с «мягким» восстановлением

2.8. Выводы

ГЛАВА III. РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОЙ ПРОГРАММЫ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ИМПУЛЬСНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ОТКРЫТОМ СОСТОЯНИИ И

Щ ВЕЛИЧИНЫ ЗАРЯДА ОБРАТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ

ТИРИСТОРОВ ПРИ ЭЛЕКТРОННОМ ОБЛУЧЕНИИ В УСЛОВИЯХ СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

3.1. Разработка специализированной программы обеспечения для регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии тиристоров

3.2. Результаты проведения контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии тиристоров с 90 использованием компьютерной программы

3.3. Разработка специализированной программы для ^ регулирования заряда обратного восстановления тиристоров

3.4. Результаты проведения контролируемого регулирования заряда обратного восстановления тиристоров с использованием 101 компьютерной программы

3.5. Выводы

ф Актуальность работы. Силовые полупроводниковые приборы (СПП) являются основной элементной базой силовой преобразовательной техники. Их характеристики определяют эффективность преобразователей, которые применяются во многих областях народного хозяйства -электрифицированном транспорте, в химической и горнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии, самолето- и судостроении, электроэнергетике и станкостроении и т.д.

В преобразователях частоты для частотнорегулируемого асинхронного электропривода, индукционного нагрева и ряда других областей применения ^ широкое распространение получила схема преобразователей частоты на базе автономного инвертора тока (АИТ). В этой схеме применяются конденсаторы, которые сочетают функции компенсации реактивной мощности нагрузки и коммутации тиристоров. Поэтому целесообразность применения в них полностью управляемых приборов (IGBT, IGCT и др.), вместо дешевых и имеющих низкое значение сопротивления в открытом состоянии тиристоров [1-5] не всегда обоснована.

Принципиально важным для тиристоров, использующихся в АИТ, является то, что они должны иметь малую скорость уменьшения тока обратного восстановления (diR/dt). Это обусловлено тем, что в АИТ при переключении тиристоров из включенного состояния обратным напряжением, скорость уменьшения прямого тока (dix/dt) велика и ее значение составляет ~ 20ч-50 А/мкс. В результате этого при применении в АИТ существующих тиристоров амплитуда тока обратного восстановления (Irm)h скорость его уменьшения становятся большими, что приводит к возникновению на них недопустимых перенапряжений (Urm). Форма тока и напряжения на тиристоре при его переключении из открытого состояния Щ (прямой ток равен 1т) обратным напряжением (Ur) приведена на рис. 1. В связи с вышеизложенным возникает задача разработки тиристоров с низким значением амплитуды тока обратного восстановления и скоростью его уменьшения, имеющих увеличенное значение коэффициента формы тока обратного восстановления (kF= tf/ts). Такие тиристоры по аналогии с диодами с «мягким» восстановлением [6], можно назвать тиристорами с «мягким» восстановлением.

Рис. 1. Форма тока и напряжения на тиристоре при его переключении из открытого состояния обратным напряжением

Исходя из физических принципов работы тиристорной структуры [7-9], видится два способа решения данной задачи.

Первый, это создание зоны повышенной рекомбинации в окрестности анодного эмиттерного р-n перехода с помощью протонного облучения [1011]. Второй способ - это использование специальной конструкции анодного эмиттерного слоя тиристора, характеризующейся наличием высоколегированных каналов. Решить данную задачу с использованием существующих математических моделей тиристоров [12-15] затруднительно. Это связано с тем, что в их основу полагаются упрощающие предположения (например, одномерный характер распределения концентрации легирующей примеси, пренебрежение некоторыми физическими эффектами, возникающими при больших плотностях токов, такими как электроннодырочным рассеиванием, Оже-рекомбинацией и т.п.) [14, 15], которые не позволяют провести точный количественный анализ структуры тиристора. В обоих случаях требуется создание неодномерной модели тиристора, позволяющей рассчитывать параметры и характеристики предлагаемых тиристорных структур.

Задача улучшения динамических характеристик тиристоров, таких как время выключения (tq), заряд обратного восстановления (Qrr), связана прежде всего с необходимостью контролируемого регулирования времени жизни (х) неравновесных носителей заряда (ННЗ), а также выбора оптимальных геометрических и электрофизических параметров их полупроводниковых структур [16].

В настоящее время для этого в производстве силовых тиристров широко используются радиационные методы регулирования т (электронное и протонное облучение), поскольку они позволяют проводить контролируемое регулирование времени жизни ННЗ на заключительном этапе изготовления тиристоров, обладают высокой производительностью и воспроизводимостью [17,18].

Однако уменьшение т возможно только до определенных значений, после чего на тиристоре резко увеличивается величина импульсного напряжения в открытом состоянии (Ut). Так как все тиристоры «с характеризуются предельно допустимыми значениями величины Ut (Utm), при превышении которых тиристоры считаются браком, то для достижения наилучшего распределения тиристоров по динамическим характеристикам (tq и Qrr) необходимо, чтобы все приборы партии имели такие значения т, которые обеспечили бы значения Ut, близкие к предельным, но не превышающие их. Из-за различия геометрических и электрофизических параметров приборов даже в пределах одной технологической партии, характеризуются разными значениями величин Ut и Qn до облучения и ^ разными скоростями их изменения в процессе облучения. И хотя параметры рекомбинационных центров, вводимых в полупроводник в процессе облучения и профили их распределения являются в настоящее время в достаточной степени изученными [19, 21], остается нерешенной задача, «ц связанная с оперативным определением необходимой дозы облучения индивидуально для каждого прибора в партии в условиях серийного производства. Эта задача требует создания специализированной программы, для контролируемого регулирования динамических характеристик тиристора в условиях серийного производства.

Целью работы является:

1) разработка квазитрехмерной математической модели тиристора с «мягким» восстановлением, основанной на численном решении полной феноменологической системы уравнений полупроводников и учитывающей: неоднородное распределение концентрации легирующей примеси в анодном эмиттерном слое, природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе протонного и электронного облучения, условия работы тиристора с «мягким» восстановлением в составе электрической схемы. Разработка конструкции и методов создания тиристоров с «мягким» восстановлением с уменьшенным значением амплитуды тока обратного восстановления и увеличенным значением коэффициента формы тока обратного восстановления, а также проведение оптимизации его геометрических и электрофизических ^ параметров;

2) создание специализированной программы для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров в условиях серийного производства, методом электронного облучения, на основе аналитических соотношений, устанавливающих взаимосвязь параметров тиристоров до облучения с режимом их облучения.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать квазитрехмерную математическую модель тиристора с «мягким» восстановлением, позволяющую с высокой достоверностью рассчитывать электрические параметры тиристора с «мягким» восстановлением в зависимости от геометрических и электрофизических параметров его полупроводниковой структуры, а также режима протонного и электронного облучения.

2. Используя разработанную математическую модель, провести исследование влияния протонного облучения тиристора с «мягким» восстановлением на его электрические параметры: импульсное напряжение в открытом состоянии, амплитуду тока обратного восстановления, коэффициент формы тока обратного восстановления.

3. Используя разработанную математическую модель, провести исследование влияния расположения и размеров низколегированных каналов в анодном эмиттерном слое на его электрические параметры: импульсное напряжение в открытом состоянии, амплитуду тока обратного восстановления, коэффициент формы тока обратного восстановления.

4. Разработать специализированную программу, на основе аналитических соотношений устанавливающих взаимосвязь параметров тиристора до облучения с режимом их облучения, предназначенную для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров в условиях серийного производства, позволяющую определять необходимую дозу электронного облучения индивидуально для каждого тиристора облучаемой партии приборов.

Методы исследования. Проводится расчет основных электрических характеристик тиристора с «мягким» восстановлением по заданным геометрическим и электрофизическим параметрам его полупроводниковой структуры численными методами с использованием возможностей программы Dessis (ISE-TCAD) [22].

Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:

1. Разработана квазитрехмерная математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением в радиально-симметричном приближении, позволяющая рассчитывать статическую вольтамперную характеристику тиристора в открытом состоянии, а также процесс обратного восстановления тиристорной структуры при приложении к ней обратного напряжения и учитывающая: влияние концентрации легирующей примеси на ширину запрещенной зоны полупроводника, время жизни и подвижность носителей заряда; природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе электронного или протонного облучения; условия работы тиристора в составе электрической схемы.

2. Показано, что протонное облучение со стороны анода, с положением максимума рекомбинационных дефектов в n-базовой области в окрестности анодного эмиттерного р-n перехода является наиболее оптимальным способом облучения тиристоров с «мягким» восстановлением.

3. Показано, что при расположении низколегированного канала под п+-слоем, размер которого равен -350 мкм, при расстоянии между шунтами тиристора 1500 мкм после протонного облучения в n-базу тиристора, в окрестность анодного эмиттерного перехода со стороны анода, достигается лучшее сочетание параметров обратного восстановления (амплитуды тока обратного восстановления и коэффициента формы тока обратного восстановления при заданном значении импульсного напряжения в открытом состоянии) тиристора с «мягким» восстановлением.

4. Разработана специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров, на основе аналитических выражений, устанавливающих взаимосвязь регулируемых параметров от дозы облучения для каждого прибора облучаемой партии в условиях серийного производства.

Практическая ценность и реализация результатов.

Практическая ценность работы заключается в том, что в ней разработана и апробирована на практике для решения задач проектирования математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением. Значения основных электрических параметров, рассчитанных по разработанной модели тиристора с «мягким» восстановлением, соответствуют средним значениям экспериментальных данных с максимальным отклонением 9,8 %. На основе аналитических соотношений создана специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления в процессе серийного производства. Применение разработанной программы позволяет ф обеспечить 95-99% попадание в заданный диапазон значений регулируемых электрических параметров.

На основе результатов, полученных в работе, были разработаны конструкторская документация и технологический процесс изготовления тиристоров с «мягким» восстановлением, а также специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров в условиях серийного производства, которая используется на ОАО «Электровыпрямитель». ^ Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международных научно-технических конференциях по силовым полупроводниковым приборам (ISPS'02, Прага 2002 г., PCIM 2003, Нюрнберг 2003 г.), "Фундаментальные и прикладные проблемы физики" (Саранск, 2003 г.), на научной конференции "Огаревские чтения" (Саранск, 2003 г.), на научных семинарах Средневолжского математического общества под руководством профессора Воскресенского Е.В. (Саранск, 2005 г.) и на заседаниях кафедры микроэлектроники факультета электронной техники в Мордовском государственном университете имени Н.П. Огарева (Саранск, 2002, 2003, 2004 и 2005 г.г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 10 публикациях.

В первой главе приведен обзор методов и дан анализ современного состоянии моделирования тиристоров. Рассматриваются способы математического описания работы тиристоров. Исходя из анализа этих данных, в соответствии с поставленной целью работы, сформулированы задачи исследований.

Во второй главе описывается математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением, а также обосновываются приближения, сделанные при ее описании. С помощью указанной математической модели проводится исследование влияния положения области повышенной рекомбинации, расположения и размеров низколегированных каналов в анодном эмиттерном слое на параметры процесса обратного восстановления и величину импульсного напряжения в открытом состоянии тиристора с «мягким» восстановлением. Результаты сравниваются с данными экспериментов.

В третьей главе определяются аналитические выражения, устанавливающие взаимосвязь дозы облучения и импульсного напряжения в открытом состоянии или заряда обратного восстановления тиристора в процессе электронного облучения для каждого прибора облучаемой партии в условиях серийного производства. Описывается специализированная программа, созданная на основе вышеуказанных аналитических соотношений. Приводятся результаты использования разработанной программы на партиях серийных тиристоров.

В заключительной части изложены основные результаты и выводы работы.

Автор защищает:

1 Квазитрехмерную математическую модель тиристора с «мягким» восстановлением в радиально-симметричном приближении, позволяющую рассчитывать статическую вольтамперную характеристику тиристора в открытом состоянии, а также процесс обратного восстановления ^ тиристорной структуры при приложении к ней обратного напряжения, учитывающую: эффекты высокого уровня инжекции; влияние концентрации легирующей примеси на ширину запрещенной зоны полупроводника, время жизни и подвижность носителей заряда; природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе электронного или протонного облучения; условия работы тиристора в составе электрической схемы.

2 Результаты исследования влияния расположения области повышенной рекомбинации и направления протонного облучения, по отношению к тиристорной структуре, на значения параметров процесса обратного восстановления, полученные с помощью разработанной модели. Показано, что протонное облучение со стороны анода, с положением максимума рекомбинационных дефектов в n-базовой области в окрестности анодного эмиттерного р-n перехода является наиболее оптимальным способом облучения тиристоров с «мягким» восстановлением. Значения рассчитанных электрических параметров тиристора с «мягким» восстановлением для различных значений доз протонного облучения хорошо совпадают с экспериментальными усредненными значениями, с ^ максимальным отклонением 9,8 %.

3 Результаты исследования влияния расположения и размеров низколегированных каналов в анодном эмиттерном слое на параметры процесса обратного восстановления и величину импульсного напряжения в открытом состоянии тиристора с «мягким» восстановлением, полученные с помощью разработанной модели. В результате расчета было установлено расположение и размер низколегированных каналов в анодном эмиттерном слое по отношению к шунтам в катодном эмиттерном слое тиристора с ф «мягким» восстановлением, при котором достигается лучшее сочетание параметров обратного восстановления.

4 Результаты применения разработанной специализированной программы для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров при электронном облучении в условиях серийного производства. Показано, что применение в серийном производстве названной программы позволяет получить 95-99% годных приборов после электронного облучения.

Работа выполнена на кафедре микроэлектроники факультета электронной техники Мордовского государственного университета имени Н.П. Огарева.

Основные результаты диссертации изложены в работах:

1. Гейфман Е.М., Чибиркин В.В., Пяткин Д.В. Математическое моделирование тиристора с «мягким» восстановлением // Саранск, Средневолжское математическое общество, 2005, препринт № 84. 20 с.

2. Geyfman Е.М., Chibirkin V.V., Eliseev V.V., Artemova I.V., Pyatkin D.V., (fj Kuznetsov V.N. Optimum technological process of power semiconductor devices electron irradiation // 6th International seminar on power semiconductors ISPS'02, Прага-2002. -С. 177-179. ft* 3. Гейфман E.M., Чибиркин B.B., Елисеев В.В., Артемова И.В., Пяткин

Д.В., Кузнецов В.Н. Регулирование величины импульсного напряжения в открытом состоянии тиристоров методом электронного облучения // Учеб. эксперимент в высшей школе, Саранск:. - 2002, №1, С 58-63.

4. Гейфман Е.М., Чибиркин В.В., Елисеев В.В., Герман А.Е., Пяткин Д.В. Применение ЭВМ для моделирования процесса выключения тиристоров с "мягким" восстановлением // Учеб. эксперимент в высшей школе, Саранск:. —

2002, №2, С 43-49.

5. Geyfman Е.М., Chibirkin V.V., Eliseev V.V., Ваш A.Yu., Shindnes Yu.L., ^ Pyatkin D.V. New Type Thyristors - Soft Recovery Thyristors // Proceedings of conference PCIM2003, Nuremberg, 2003. P. 595-600.

6. Гейфман E.M., Пяткин Д.В Новый тип тиристоров — тиристоры с «мягким» восстановлением // Фундаментальные и прикладные проблемы физики: Тезисы докладов IV Международной научно-технической конференции / Под ред. В.К. Свешникова; Мордов. гос. пед. ин-т. — Саранск,

2003.-С. 115

7. Гейфман Е.М., Пяткин Д.В. Математическое моделирование обратного восстановления тиристора с «мягким» восстановлением // «Электроника и j|i информационные технологии - 2003» / Сборник научных трудов - Саранск:

Средневолжское математическое общество», 2003. - С.

8. Гейфман Е.М., Чибиркин В.В., Пяткин Д.В. Регулирование амплитуды тока обратного восстановления тиристоров методом протонного облучения // Полупроводниковые и газоразрядные приборы, Саранск:. - 2004, №1, С 43-45

9. Гейфман Е.М., Чибиркин В.В., Елисеев В.В., Пяткин Д.В., Бару А.Ю., Шинднес Ю.Л. Математическая модель тиристора с «мягким» восстановлением // Техническая электродинамика, тематический выпуск «Силовая электроника и энергоэффективность». Часть 1. — Киев, 2004. — С. 35-38

Ю.Чибиркин В.В., Гейфман Е.М., Максутова С.А., Шувалов Д.С., Гарцев Н.А., Пяткин Д.В. Новые высоковольтные силовые полупроводниковые приборы с высокими динамическими параметрами // Современное состояние развития приборов силовой электроники и преобразовательной техники: Тезисы докладов Международной научно-технической конференции. Саранск, 27-28 октября 2004 г. - Саранск, 2004. — С. 1-3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования, проведенные при выполнении диссертационной работы, позволяют считать возможным применение разработанной математической модели для расчета электрофизических параметров и создания конструкции и полупроводниковой структуры тиристора с «мягким» восстановлением, и специализированной программы для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров, в условиях серийного производства, методом электронного облучения. При этом получены следующие основные результаты:

1. Разработана квазитрехмерная математическая модель тиристора с мягким» восстановлением в радиально-симметричном приближении, позволяющая рассчитывать статическую вольтамперную характеристику тиристора в открытом состоянии, а также процесс обратного восстановления тиристорной структуры при приложении к ней обратного напряжения, которая учитывает: влияние концентрации легирующей примеси на ширину запрещенной зоны полупроводника; время жизни и подвижность носителей заряда; природу и характер распределения рекомбинационных центров, образующихся в полупроводниковой структуре в процессе электронного или * протонного облучения; условия работы тиристора в составе электрической схемы.

2. Определено влияние расположения области повышенной рекомбинации и направление протонного облучения, по отношению к тиристорной структуре, на значения параметров процесса обратного восстановления (амплитуды тока обратного восстановления и коэффициент формы тока обратного восстановления) и величину импульсного напряжения в открытом состоянии тиристора с «мягким» восстановлением. Показано, что ^ протонное облучение со стороны анода, с положением максимума рекомбинационных дефектов в n-базовой области в окрестности анодного эмиттерного р-n перехода является наиболее оптимальным способом облучения тиристоров с «мягким» восстановлением. Значения рассчитанных Ь электрических параметров тиристора с «мягким» восстановлением для различных значений доз протонного облучения соответствуют средним значениям экспериментальных данных с максимальным отклонением 9,8 %.

3. Исследовано влияние расположения и размеров низколегированных каналов в анодном эмиттерном слое на значения параметров процесса обратного восстановления (амплитуды тока обратного восстановления и коэффициент формы тока обратного восстановления) и величину импульсного напряжения в открытом состоянии тиристора с «мягким» восстановлением. Показано, что при расположении низколегированного канала под п+-слоем, размер которого равен —350 мкм, при расстоянии между шунтами тиристора 1500 мкм после протонного облучения в п-базу тиристора, в окрестность анодного эмиттерного перехода со стороны анода, достигается лучшее сочетание параметров обратного восстановления тиристора с «мягким» восстановлением.

4. Разработана специализированная программа для контролируемого регулирования импульсного напряжения в открытом состоянии и заряда обратного восстановления тиристоров при электронном облучении, в условиях серийного производства. Показано, что применение в серийном производстве названной программы позволяет получить 95-99% годных приборов после этапа электронного облучения.

1. Евсеев Ю.А. Полупроводниковые приборы для мощных высоковольтных преобразовательных устройств. М.: Энергия, 1978. - 192 с.

2. Евсеев Ю.А., Дерменжи П.Г. Силовые полупроводниковые приборы. -М.: Энергоиздат, 1981. 192 с.

3. Герлах В. Тиристоры. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 328 с.

4. Челноков В.Е., Евсеев Ю.А. Физические основы работы силовых полупроводниковых приборов. М.: Энергия, 1973. - 280 с.

5. Чебовский О.Г., Моисеев Л.Г., Недошивин Р.П. Силовые полупроводниковые приборы: Справочник. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1985.-400 с.

6. Грехов И.В. Физические процессы в мощных кремниевых приборах с р-п-переходами // Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. — Л., 1972. 436 с.

7. Зи С. Физика полупроводниковых приборов: В 2-х книгах. Кн. 1. Пер. с англ. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Мир, 1984. - 456 с.

8. Шувалов Д.С. Математическое моделирование асимметричных ревер-сивно-включаемых динисторов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева. - 2003.

9. Козловский В.В. Модифицирование полупроводников пучками протонов. СПб.: Наука, 2003. - 268 с.

10. Физические процессы в облученных полупроводниках / Под ред. Л.С. Смирнова. Новосибирск: Наука, 1977. 256 с

11. Дерменжи П.Г., Кузьмин В.А., Крюкова Н.Н., Мамонов В.И., Павлик В.Я. Расчет силовых полупроводниковых приборов / Под ред. В.А. Кузьмина. М.: Энергия, 1980. - 184 с

12. Рабкин П.Б Моделирование переходных процессов в силовых полупроводниковых приборах // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. — Таллин, 1983. -232 с.

13. Григоренко В.П., Дерменжи П.Г., Кузьмин В.А., Мнацаканов Т.Т. Моделирование и автоматизация проектирования силовых полупроводниковых приборов. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.

14. Польский Б.С. Численное моделирование полупроводниковых приборов. Рига: Зинатне, 1986. - 168 с.

15. Вавилов B.C., Ухин Н.А. Радиационные эффекты в полупроводниках и полупроводниковых приборах. М.: Атомиздат, 1969. 311 с.

16. Конозенко И.Д., Хиврич В.И., Семенюк А.Б. Радиационные эффекты в кремнии. Киев: Наукова думка, 1974. 199 с.

17. Вопросы радиационной технологии полупроводников / Под ред. Л.С.

18. Смирнова.-Новосибирск: Наука, 1980. 296 с.

19. DESSIS ISE-TCAD 7.0: User's Manual / ISE-AG Inc. 2000. - No. 12. -432 p.

20. ATLAS User's Manual, SILVACO Int., Santa Clara, 1998.

21. Gajewski et al. ToSCA-Handbuch, WIAS Berlin, 1994.

22. G. Wachutka Rigorous thermodynamic treatment of heat generation and conduction in semiconductor device modeling // IEEE Trans., 1990, Vol. CAD-9, P. 1141-1149.

23. Y. Okuto, C. R. Crowell Threshold energy effects on avalanche breakdown voltage in semiconductor junctions // Solid-State Electronics, 1975, Vol. 18, P. 161-168.

24. J. W. Slotboom, H. C. de Graaff Measurements of Bandgap Narrowing in Si Bipolar Transistors // Solid-State Electron., 1976, Vol. 19, P. 857-862.

25. J. W. Slotboom, H. C. de Graaff Bandgap Narrowing in Silicon Bipolar Transistors // IEEE Trans, on Electron Devices, 1977, Vol. ED-24, № 8, P. 11231125.

26. D. В. M. Klaassen, J. W. Slotboom, H. C. de Graaff Unified apparent band-gap narrowing in n- and p-type Silicon // Solid-State Electronics, 1992, Vol. 35, № 2, P. 125-129.

27. M. A. Green Intrinsic concentration, effective densities of states, and effective mass in Silicon // J. Appl. Phys., 1990, Vol. 67, № 6, P. 2944-2954.

28. C. Lombardi, S. Manzini, A. Saporito, M. Vanzi A Physically Based Mobility Model for Numerical Simulation of Nonplanar Devices // IEEE Trans, on CAD, 1988, Vol. 7, № 11, P. 1164-1171.

29. G. Masetti, M. Severi, S. Solmi Modeling of carrier mobility against carrier concentration in Arsenic-, Phosphorus- and Boron-doped Silicon // IEEE Trans, on Electron Devices, 1983, Vol. ED-30, P. 764-769.

30. S. С. Choo Theory of a Forward-Biased Diffused-Junction P-L-N Rectifier. Part I: Exact Numerical Solutions // IEEETrans.on Electron Devices, 1972, Vol.1. ED-19, № 8, P. 954-966.

31. N. H. Fletcher The high current limit for semiconductor junction devices // Proc. Institution of Radio Engineers, 1957, Vol. 45, P. 862-872.

32. D. M. Caughey, R. E. Thomas Carrier mobilities in Silicon empirically related to doping and field // Proc. IEEE, Dec. 1967, P. 2192-2193.

33. C. Canali, G. Majni, R. Minder, G. Ottaviani Electron and hole drift velocity measurements in Silicon and their empirical relation to electric field and temperature // IEEE Trans, on Electron Devices, 1975, Vol. ED-22, P. 1045-1047.

34. J. G. Fossum, D. S. Lee A physical model for the dependence of carrier lifetime on doping density in nondegenerate Silicon // Solid-State Electronics, 1982, Vol. 25, № 8, P. 741-747.

35. J. G. Fossum, R. P. Mertens, D. S. Lee, J. F. Nijs Carrier recombination and lifetime in highly doped Silicon // Solid-State Electronics, 1983, Vol. 26, № 6, P. 569-576.

36. M. S. Tyagi, R. van Overstraeten Minority carrier recombination in heavily-doped Silicon // Solid-State Electronics, 1983, Vol. 26, № 6, P. 577-597.

37. H. Goebel, K. Hoffmann Full dynamic power diode model including temperature behavior for use in circuit simulators // in Proceedings of 1992 Interna

38. Ф) tional Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs, (Tokyo), 1992,1. P. 130-135.

39. L. Huldt, N. G. Nilsson, K. G. Svantesson The temperature dependence of band-to-band Auger recombination in silicon // Appl. Phys. Letters, 1979, Vol. 35, № 10, P. 776.

40. W. Lochmann, A. Haug Phonon-assisted Auger recombination in Si with direct calculation of the overlap integrals // Solid State Communications, 1980, Vol. 35, P. 553-556.

41. R. Hacker, A. Hangleiter Intrinsic upper limits of the carrier lifetime in silicon // Journal of Applied Physics, 1994, Vol. 75, P. 7570-7572.

42. Siemieniec R., Schupanski D., Sudkamp W. Lutz J. Simulation and experimental results of irradiated power diodes // Proceedings of the EPE'991.usanne. 1999, P. 13 8-143.

43. Brotherton S.D., Bradley P. Defect production and lifetime control in electron and y-irradiated silicon // Journal of Applied physics. 1982. - V. 53. № 8. P.5720-5732

44. Evwaraye A.D., Baliga В.J. The dominant recombination centers in electron irradiated semiconductors devices // Journal Electrochemical Society. — 1977.-V. 124. №.6. P.913-916

45. Энергетический спектр уровней радиационных центров в кремниевых р+-п структурах после обработки быстрыми электронами различных энергий /

46. Атабиев И.Е., Горюнов Н.Н., Ладыгин Е.А. и др. // Электронная техника.

47. Сер.2, Полупроводниковые приборы. 1982. -№ 5. С. 25-27

48. Kuchinskii P.V., Lomako V.M. The effect of thermal and radiation defects on the recombination properties of the base region of diffused silicon p-n structures // Solid-State Electronics. 1986. -V. 29. №.10. P. 1041-1051

49. Атабиев И.Е., Горюнов H.H., Ладыгин Е.А. Исследование спектра глубоких радиационных центров в п-р-п транзисторах методом релаксационной спектроскопии // Электронная техника. Сер.2, Полупроводниковые приборы. 1982. -№ 6. С. 34-37

50. Jellison G.E. Transient capacitance studies of an electron trap at Ec-Et=0.105 eV in phosphorus-doped silicon // Journal of Applied physics. 1982. -V. 53. №.8. P.5715-5719

51. Колодин Л.Г., Мукашев Б.Н. Рекомбинационные и электрические свойства кремния р-типа, облученного электронами // Физика и техника полупроводников. 1980. - Т. 14. № 9. С. 1756-1750

52. Guogang Q., Zonglu U. The convergent effect of the annealing temperatures of electron irradiated defects in FZ silicon grown in hidrogen // Solid-State

53. Communications. 1985. -V. 53. №.11. P.975-978

54. Mukashev B.N., Kolodin L.G., Nussupov K.N. et al. Study of primary and secondary radiation defects formation and annealing in p-type silicon // Radiation

55. Effects. 1980. -V. 46. №.1. P. 79-84

56. Weinberg 1., Swartz С. K. Original reverse annealing in radiation -damaged silicon solar cells // Applied Physics Letters. 1980. - V. 36. №.8. P.693

57. Исследование профиля рекомбинационных параметров кремния, облученного протонами / Булгаков Ю.В., Игнатова Е.А., Кузнецов Н.В., Яценко

58. Л.А. // Физика и техника полупроводников. 1984. — Т. 18. №9. С. 1612-1615

59. Wondrak W., Silber D. Buried recombination layers with enhanced N-type conductiving for silicon power devices // Physica. 1985. - V.BC-129. - №1-3. P.322-326

60. Vobecky J., Hazdra P., Voves J. Accurate simulation of combined electron and ion irradiated silicon devices for local lifetime tailoring // Proceedings of the ISPSD. 1994. P. 265-270.

61. Hallen A., Keshitalo N., Masszi F., Nagl V. Lifetime in proton irradiated silicon // J. Appl. Phys., April 1996, vol. 79, № 8, P. 3906-3914.

62. Иванов A.M., Строкан Н.Б., Шуман В.Б. Свойства р+-п-структур с заглубленным слоем радиационных дефектов // ФТП. 1998. - Т. 32. №3. С. 359-365.

63. Hazdra P., Rubes J., Vobecky J. Divacancy profiles in MeV helium irradiated silicon from reverse I-V measurement // Nucl. Instr. and Mech. in Phys. Res. -1999.-В 159. P. 207-217.

64. Vobecky J., Hazdra P., Zahlava V. Open circuit voltage decay lifetime of ion irradiated devices // Microelectronics Journal- 1999. Vol. 30. P. 513-520.

65. Feick H., Yung K. Weber E.R. Fast proton damage in bulk silicon // MURI Annual Review. Vanderbilt University. - Nashville. - TN. - October 10-11. -2000.

66. Vobecky J., Hazdra P., Humbel O., Galster N. Crossing point current of electron and proton irradiated power p-i-n diodes // Microelectronics reliability. -2000.-Vol. 40. P. 427-433.

67. Hazdra P., Brand K., Vobecky J. Defect distribution in MeV proton irradiated silicon measured by high-voltage current transient spectroscopy // Nucl. Instr. and Mech. in Phys. Res. -2002. В 192. P. 291-300.

68. Hazdra P., Brand K., Vobecky J. Optimum lifetime structuring in silicon power diodes by means of various irradiated techniques // Nucl. Instr. and Mech. in Phys. Res.-2002.-В 186. P. 414-418.

69. Гейфман E. M., Чибиркин B.B. Разработка методов контролируемого регулирования времени жизни неравновесных носителей заряда в силовых полупроводниковых приборах. Научное издание // Саранск: Изд-во Мордов. ун-та. 2000. 20 с.

70. Гейфман Е.М., Чибиркин В.В. Методы контролируемого регулирования времени жизни неравновесных носителей заряда в производстве силовых полупроводниковых приборов: Учеб. пособие // Саранск: Издательство Мордовского университета. 2002. - 104 с.

71. Пичугин И.Г., Таиров Ю.М. Технология полупроводниковых приборов: Учеб. пособие для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики», «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» // М.: Высш. шк. 1984. 288 с.

72. Пат. 2119211 Россия, МКИ 6 Н 01 L 21/66. Способ регулирования величины напряжения в открытом состоянии тиристоров и диодов / Е.М. Гейфман, Г.И. Громов, Д.Д. Канев (Россия). - №96105145; Заявл. 13.03.96; Опубл. 20.09.98, Бюл. №26. - 5 л.

73. Григорьев Б.И., Тогатов В.В. Измерение времени жизни неосновных носителей заряда в базовых областях диодных и тиристорных структур при больших плотностях токов // Радиотехника и электроника. 1980. - №5. С. 1063-1071.

74. Настоящим актом подтверждается, что в Научно-инженерном центре силовых полупроводниковых приборов ОАО "Электровыпрямитель" внедрены следующие результаты, полученные в диссертационной работе Д.В. Пяткина.

75. Техническая информация (ТИ 12/5-1-1), описывающая разработанную математическую модель тиристора с «мягким» восстановлением.

76. В результате внедрения была разработана конструкторская документация и технологический процесс изготовления тиристоров с «мягким» восстановлением типа Т443-630 (КД 12/5-017).

77. Заместитель генерального директора по науке1. ОАО «Электровыпрямитель»1. В.В. Елисеев

78. Директор НИЦ СПП ОАО «Электровыпрямитель»1. В.А. Мартыненко