Зарядовые явления в структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) в составе IGBT - файл n1.doc

Зарядовые явления в структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) в составе IGBT
скачать (2519 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc2519kb.02.11.2012 21:05скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13
Оглавление.

Оглавление. 1

Введение. 2

1. Литературный обзор. 6

2.Экспериментальная часть. 53

Исследования структур с “тонким” окислом. 61

Исследование структур с “толстым” окислом. 83

Заключение. 90

Список литературы. 93

Введение.



Силовая электроника, как одно из прогрессивных интенсивно развивающихся научно-технических направлений, сформировалась во второй половине XX века. С появлением в 50-е годы силовых полупроводниковых приборов (диодов и транзисторов), сначала германиевых, а затем и кремниевых, начался процесс, который вывел силовую электронику на уровень ведущих технологий ХХ века.

Роль и значение силовой электроники определяется тем, что около двух третей всей вырабатываемой электроэнергии потребляется в преобразованном (по параметрам) виде.

Суть силовой электроники составляют методы и средства, обеспечивающие изменение параметров электрической энергии с помощью электронных вентилей.

Эффективность силовой электроники определяется тем, что коммутация электрических цепей, являющаяся основополагающим принципом управления потоками электроэнергии, осуществляется электронными ключами без значительных потерь энергии, т.е. с весьма высоким К.П.Д, что является фундаментальным отличием силовой электроники от информационной, осуществляющей передачу информации и управление информационными потоками и для которой главным является количество, скорость и качество передачи информации.

Информационная электроника, обеспечившая достижение фантастических результатов в деле глобальной компьютеризации всех областей человеческой деятельности, долгое время затеняла силовую электронику. Однако постоянно возрастающий расход энергоресурсов, остро поставивший перед человечеством проблему энергосбережения, вывел силовую электронику из тени. По очень точному определению профессора Боуза, информационная электроника является мозгом XXI века, а силовая - его мускулами.

Существующие на сегодняшний день основные группы силовых полупроводниковых приборов представлены ниже в виде таблицы 1:

Тип прибора

Полевой транзистор MOSFET

IGBT

Тиристор

Запираемый тиристор GTO

Структура

Полевой транзистор

Комбинация полевого и биполярного транзистора

Биполярная

Биполярная

Достоинства

Легкий драйвер, высокая скорость, низкая стоимость, линейная характеристика

Высокая удельная коммутационная способность, легкий драйвер

Высокая удельная коммутационная способность, очень высокое напряжение и ток, высокая перегрузочная способность по току

Очень высокое напряжение, высокая удельная коммутационная способность

Недостатки

Высокая стоимость по отношению к мощности

Ограничение по частоте 50 кГц

Полууправляемый прибор

Сложность управления.

Табл.1. Основные группы приборов силовой электроники

Огромное влияние на развитие силовой электроники оказали силовые полупроводниковые приборы, управляемые структурой “Металл - Окисел - Полупроводник” (MOS). Создание в 70е годы полевых транзисторов (MOSFET), а затем (в 80е годы) и биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT) повлекло за собой столь радикальные изменения в силовой электронике, что можно говорить о революции, переживаемой этим научно-техническим направлением. В настоящее время фирмой Fuji Electric Co. достигнуты параметры 2000 А, 4.5кВ в IGBT модуле прижимной конструкции, а Infineon Technologies совместно с EUPEC сообщили об успешных испытаниях модулей IGBT на напряжение 6.5кВ.

Современные IGBT-модули находят сегодня широкое применение при создании неуправляемых и управляемых выпрямителей, автономных инверторов для питания двигателей постоянного и переменного тока средней мощности, преобразователей индукционного нагрева, сварочных аппаратов, источников бесперебойного питания, бытовой и студийной техники.

Основными параметрами IGBT, характеризующими работу прибора как силового ключа, являются величина прямого напряжения , длительность протекания фазы остаточного коллекторного тока и величина пробивного напряжения. Данные параметры в значительной степени определяются свойствами МДП-структур, входящих в состав прибора. IGBT будет приближаться по своим свойствам к идеальному ключу при минимальной величине и минимальной длительности фазы остаточного коллекторного тока. Однако, практически удовлетворить данным требованиям весьма сложно т.к. длительность фазы остаточного коллекторного тока увеличивается с увеличением значения времени жизни неосновных носителей заряда в базовом -слое, примыкающем к коллекторному-переходу; в свою очередь величина прямого падения напряжения во включенном состоянии уменьшается с увеличением значения времени жизни неосновных носителей заряда в толще базового -слоя. Из сказанного становится ясным, что IGBT имеет теоретический предел рабочих частот, обусловленный необходимостью применения компромиссной технологии, удовлетворяющей противоречивым требованиям к прибору. Таковым компромиссным решением стало создание профиля времени жизни в базовой -области. Для этих целей применяется радиационная обработка и низкотемпературный отжиг кристалла. Необходимо отметить, что данные технологические операции модифицируют не только профиль времени жизни, но и параметры МДП-структур, входящих в состав IGBT, что также накладывает дополнительные ограничения на технологические режимы операций создания профиля времени жизни.

Улучшение параметров и повышение процента годных приборов в конкретной технологической практике всегда тесно связаны с отработкой оптимальных режимов производства и организацией контроля качества проведения основных операций технологического процесса. В свете задачи оптимизации технологического процесса создания IGBT кристаллов необходимо разработать методику пооперационного контроля качества основных технологических операций.

Целью данной работы является выявление, в ходе такого контроля, операций, определяющих параметры МДП-структур, входящих в состав IGBT. Результатом такого исследования являлись бы данные, позволяющие выявить критичные технологические операции и оценить их влияние на электрофизику прибора.

1. Литературный обзор.


МДП – конденсатор представляет из себя плоский конденсатор, одной из обкладок которого является полупроводник. Металлический электрод, нанесенный на диэлектрик, носит название затвора, а сам диэлектрик называется подзатворным. На противоположенную обкладку конденсатора, со стороны полупроводника, так же наносится металлический электрод. Данный электрод должен обеспечить омический контакт. Довольно часто в качестве диэлектрика в МДП-структурах используют окислы, поэтому вместо МДП употребляется название МОП – структура.


Рис.1.1. МДП-структура: 1 - затвор, 2 - подзатворный диэлектрик, 3 - полупроводниковая подложка, 4 - омический контакт.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации