Physikalisch basierte Modellbildung des elektrischen und thermischen Verhaltens von Leistungsbauelementen, insbesondere des IGBT:
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Düsseldorf
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| adam_text | Titel: Physikalisch basierte Modellbildung des elektrischen und thermischen Verhaltens von Leistungsbauelem
Autor: Fatemizadeh, Badredin
Jahr: 1994
Inhaltsverzeichnis V Inhaltsverzeichnis Einleitung ................................................ 1 1 Stand der Entwicklung bei Leistungsbauelementen ................ 4 2 Simulation und Modellierung von Leistungsbauelementen .......... 10 2.1 Modellierung ....................................... 11 2.2 Grundgleichungen der Halbleiterphysik ..................... 13 2.3 Einsetzbarkeit von Bauelementsimulatoren bei der Modellierung .... 17 3 Modellierung der physikalischen Effekte im IGBT ............... 19 3.1 Grundstrukturen ..................................... 19 3.2 Funktionsweise und elektrische Eigenschaften . . ............... 20 3.3 Emitter-Randzone.................................... 22 3.4 Ladungstransportmodell der quasi-neutralen Basiszone........... 23 3.5 Widerstandsmodulations-Effekt........................... 26 3.6 Modellierung des internen p-n-p-Transistors des IGBT........... 27 3.7 Modifikation des Modells für verschiedenen technologischen Aufbau . 27 3.8 Ladungstransport in der Raumladungszone................... 36 3.9 Dynamischer Avalanche-Effekt........................... 39 3.10 Ladungstransport im Kanal.............................. 40 3.11 Parasitäre Effekte .................................... 44 3.11.1 Latch-Up-Effekt........................... 44 3.11.2 Parasitärer JFET-Effekt...................... 45 3.11.3 Parasitäre Kapazitäten....................... 46
VI Inhaltsverzeichnis 4 Modellierung der dynamischen Vorgänge in Leistungsbauelementen ................................. 50 4.1 Vergleich bestehender Methoden und deren Defizite ............ 50 4.2 Schaltverhalten des IGBT .............................. 52 4.3 Analyse der dynamischen Vorgänge nach dem Ladungssteuerungsmodell ....................... 55 4.4 Analyse der dynamischen Vorgänge nach der Methode des gewichteten Residuums ................ 59 4.5 Die approximative Lösung der Diffusionsgleichung mit der Galerkin-Methode .............................. 61 5 Modellierung der thermischen Effekte in Leistungshalbleitern.................................... 65 5.1 Thermische und Hochinjektionseffekte in Leistungshalbleitem ..... 66 5.2 Thermische und elektrische Kopplung ...................... 72 6 Hochtemperatureffekte bei Leistungsbauelementen ............... 75 6.1 Intrinsische Leitfähigkeit bei hochbelasteten Leistungshalbleitem .... 75 6.2 Thermische Instabilität bei Leistungshalbleitem................ 78 6.2.1 Thermisches Weglaufen bei Leistungs-MOS-Transistoren .... 79 6.2.2 Dioden-Randaufheizung ........................... 80 7 Simulation und Modell Verifikation ........................... 82 7.1 Implementation der Modelle in Netzwerksimulatoren............ 82 7.2 Simulationsergebnisse ................................. 86 7.2.1 Thermische Effekte .............................. 86 7.2.2 LDMOS-Leistungstransistor......................... 92 7.2.3 LIGBT....................................... 98 7.2.4 Bauelementsimulation des Schaltverhaltens .............. 103 7.2.5 Netzwerksimulation und Analyse des Schaltverhaltens ...... 106 7.2.6 Gültigkeitsgrenzen des Netzwerkmodells................ 112
Inhaltsverzeichnis VII 8 Parameterextraktion ..................................... 116 8.1 Grundprinzip der Parameteroptimierung..................... 116 8.2 Auswahl von Optimierungsverfahren....................... 118 Zusammenfassung und Ausblick ............................... 120 Anhang ................... 124 A. Physikalische Modelle................................. 124 B, Parameter der Physikalische Modelle....................... 128 Literaturverzeichnis 130
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