PIN雪崩整流二极管雪崩特性的研究

论文摘要

随着汽车行业的迅猛发展,并联在供电线路上的许多电子控制器和设备与过去大不相同,汽车在运行中常有各种电子干扰产生,抛负载会产生大的瞬态电压和浪涌电流。雪崩整流二极管能有效抑制瞬态电流与电压,保护汽车中的电子调节器、电子点火、电子燃油喷射系统等重要部件。汽车雪崩整流二极管应用于汽车交流发电机中,由于恶劣多变的工作环境,使得此类二极管在性能要求上比普通二极管更为严格,比如良好的高温特性、高的反向浪涌能力,雪崩整流二极管能有效抑制瞬态电流与电压,保护汽车中的电子调节器、电子点火、电子燃油喷射系统等重要部件,而抗反向浪涌电流的能力是车用整流二极管的重要指标之一。本文的主要目的是对车用雪崩整流二极管的雪崩击穿特性进行理论与仿真分析,首先进行了雪崩整流二极管的阻断参数设计,得到雪崩整流二极管的结构参数,并结合实验数据与软件仿真对参数的合理性进行了验证。其次,本文又对车用雪崩整流二极管反向过电流损坏机理进行了分析,提出了在结构设计上提高反向过电流能力的措施。局部过热和双雪崩的作用是诱发器件损坏的主要原因,在结构上采用非穿通结构和尽可能提高基区掺杂浓度可提高雪崩整流二极管的反向过电流能力。利用MEDICI二维器件仿真软件对雪崩整流二极管的雪崩特性进行了仿真分析,对不同的基区宽度,不同基区浓度,不同温度下,一些缓冲层结构的雪崩整流二极管的雪崩特性进行了模拟仿真与结果对比分析。验证了加大基区浓度,提高基区宽度,采取缓冲层结构对于提高雪崩整流二极管浪涌电流能力的作用。对雪崩整流二极管的动态雪崩现象进行了一定的分析研究,雪崩整流二极管的动态雪崩现象与电流丝的形成是造成二极管损坏的重要原因。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 雪崩整流二极管的发展现状
• 1.3 雪崩整流二极管雪崩特性研究的意义
• 第二章 车用雪崩整流二极管阻断特性的设计与仿真
• 2.1 一般功率整流二极管阻断参数的设计
• 2.1.1 PIN二极管的结构
• 2.1.2 PIN二极管非穿通时的阻断参数设计
• 2.1.3 穿通时的PIN二极管的阻断参数的设计
• 2.2 车用雪崩整流二极管的设计
• 2.2.1 车用二极管的特性分析
• 2.2.2 车用雪崩整流二极管阻断参数的初步选取
• 2.2.3 阻断特性的计算机仿真分析
• 2.2.4 实验测试验证
• 第三章 雪崩整流二极管反向浪涌能力研究
• 3.1 反向浪涌电流的概念与测试方法
• 3.1.1 反向浪涌电流的概念
• 3.1.2 反向浪涌电流的实验测试
• 3.2 雪崩整流二极管反向过电流损坏机理的分析
• 3.2.1 稳定电流分布下电流丝的产生
• 3.2.2 二极管结构对二次击穿的影响
• 3.2.3 车用雪崩整流二极管反向过电流损坏机理的分析
• 3.3 高反向浪涌能力车用二极管的设计原则
• 第四章 雪崩击穿特性的分析
• 4.1 MEDICI概述
• 4.1.1 MEDICI执行的方程
• 4.1.2 MEDICI的物理模型
• 4.2 静态雪崩特性的分析
• 4.2.1 不同基区浓度对击穿特性的影响
• 4.2.2 不同温度的二极管雪崩特性的仿真
• 4.2.3 不同基区宽度的PIN二极管的仿真
• 4.2.4 增加缓冲层的仿真分析
• 4.3 动态雪崩特性的分析
• 4.3.1 反向恢复过程
• 4.3.2 动态雪崩击穿的概念
• 4.3.3 动态雪崩中的自限制
• 4.3.4 负阻现象
• 4.3.5 双结雪崩
• 4.3.6 电流丝的形成与损坏机理
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在校研究成果
• 致谢