عنوان پایان‌نامه
بررسی روش طراحی ترانزیستورهای قدرت مبتنی بر مواد گروه III-V
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 41502;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 1593
- تاریخ دفاع
- ۳۰ بهمن ۱۳۸۷
- دانشجو
- نگار شعاع آذر
- استاد راهنما
- مرتضی فتحی پور
- چکیده
- چکیده : افزاره¬های الکترونیکی کلاسیک برپایه سیلیسیم برای کاربردهای قدرت با محدودیت¬¬هایی مواجه¬اند. این محدودیت¬ها از ویژگی¬های فیزیکی و الکتریکی این نیمه¬هادی مانند شکاف نوار انرژی کوچک و سرعت اشباعی محدود آن نشأت می¬گیرند که منجر به میدان شکست الکتریکی پایین در این¬گونه افزاره¬ها می¬گردد. در افزاره¬های الکترونیک-قدرت نسل دوم، با بکارگیری برخی ترکیبات گروه III-V جدول تناوبی مانند GaAs و InP، این ویژگی¬ها تا حدودی بهبود پیدا کرده¬است. اخیراً، GaN به لحاظ داشتن شکاف نوار انرژی بزرگ، میدان شکست الکتریکی بالا و سرعت اشباعی خوب، افق¬های جدیدی را در زمینه افزاره¬های قدرت AlGaN/GaN-HEMT گشوده است. تحقیق حاضر، به بررسی روش¬هایی می¬پردازد که سبب بهبود ولتاژ شکست افزاره¬های قدرت برپایه AlGaN/GaN-HEMT می¬گردند. یکی از فناوری¬های مهم که در این زمینه مطرح¬ شده، استفاده از تکنیک صفحه میدان می¬باشد که به¬طور قابل ملاحظه¬ای، سبب بهبود ولتاژ شکست این افزاره¬ها گردیده¬¬است. در این پروژه، ساختارهای مختلف مبتنی بر استفاده از صفحات میدان، مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. یکی از این ساختارهای مهم، ساختار RESURF-HEMT است که در آن از دو صفحه میدان و یک لایه GaN نوع P به عنوان بستر استفاده شده¬است. برپایه این ساختار، دو ساختار دیگر پیشنهاد گردیده¬است. در ساختار اول، از دو لایه¬ AlGaN ذاتی به عنوان لایه¬های جداکننده در اطراف لایه دهنده، همراه با گیت تورفته استفاده شده¬است. در ساختار دوم، مفهوم ابرپیوند اعمال گردیده به¬گونه¬ای¬که در آن به جای بستر نوع P سه لایه متناوب GaN نوع P و N با همان آلایش، بکار گرفته شده¬¬است. بدین ترتیب، عرض نواحی تخلیه در افزاره افزایش یافته که این امر سبب بهبود ولتاژ شکست آن می¬گردد. نتایج شبیه¬سازی¬های انجام¬شده نشان می¬دهند که در شرایط یکسان، ولتاژ شکست در ساختار پیشنهادی اول به میزان 44% و در ساختار دوم به میزان 24% بهبود می¬یابد.
- Abstract
- Abstract: Classical power electronic devices based on silicon encounter several limitations due to their physical and electrical properties such as small band gap and moderate saturation velocity which results in low breakdown field. In second generation power electronic devices, by employing III-V compounds such as GaAs and InP, these properties have been improved to some extent. Recently, GaN which has a large band gap, high breakdown field and high saturation velocity has opened new horizons for development of AlGaN/GaN-HEMT power devices. Present research investigates the methods that may lead in improvement of breakdown voltage of power devices based on AlGaN/GaN-HEMTs. One of the most important technologies that has been introduced in this regard, employs field plate technique which results in significant improvement in breakdown voltage of the device. In this thesis, different structures based on utilizing field plates were studied and analyzed. One of the important structures is a RESURF-HEMT structure in which two field plates and a p-type GaN layer were employed as a substrate. We have proposed two novel structures based on this concept. First, two undoped AlGaN layers as spacers were used in both sides of the donor layer in conjunction with recessed gate. Second, a super-junction concept was employed in which three-layered P- and N-GaN was used periodically instead of a single P-GaN substrate, with equal doping concentrations. Therefore, depletion widths in the device increased which resulted in a higher breakdown voltage. Numerical analysis showed that under identical conditions, the breakdown voltage in the first proposed structure improved by 44% while in the second structure improved by 24%.
