静电防护器件载流子输运动力学与防护性能评价方法研究

摘要

随着电子技术、通信技术和电力工业的高速发展，静电放电（ESD）防护在电子设备中的作用越来越突出，但目前对ESD防护器件的性能评价没有统一的标准，甚至没有统一的、科学的性能评价参量和测试系统。这种现状给ESD防护设计带来了极大的不便，也不利于ESD防护器件的研制与创新。针对这种现状，本文在了解国内外研究现状的基础上，利用一般力学的方法和原理，研究了ESD防护器件内载流子的输运动力学特性，并基于载流子的输运动力学特性，提出了防护性能评价方法，建立了四种防护器件（即：瞬态电压抑制（TVS）二极管、氧化锌压敏电阻、气体放电管、聚合物ESD）的等效电路模型，为给ESD防护器件制定统一的防护性能评价标准和规范的测试方法提供了一定的理论基础和实验依据。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了四种器件的微观结构，研究了不同器件内产生非平衡载流子的力学原理，并形成了统一的导电模型。这些力学原理和导电模型可以为构建器件的等效电路模型和确定防护性能的评价参量提供理论依据。⑵分别研究了无机器件和有机器件中载流子输运动力学特征，推导了载流子输运方程、电流连续性方程和能量平衡方程。⑶根据器件内产生非平衡载流子的力学原理，以及器件内载流子输运的动力学特征，结合ESD放电脉冲的特征，提出了评价ESD防护器件的防护性能评价参量和实验方法，并验证了防护性能评价方法对不同器件的适用性。⑷基于载流子的产生和输运动力学特性，结合物理模拟法和等效电路法，建立了四类ESD防护器件的PSPICE等效电路模型，并验证了等效电路模型的有效性和实用性。验证结果也表明：一般力学可以用于电子器件的物理建模和器件性能的研究。⑸研制了一套ESD防护器件性能测试系统，并用本系统完成了本文的实验研究。该系统简单、实用，它不仅可以用于ESD防护器件的性能测试，也可换用其它信号源来定量研究ESD防护器件对不同参数信号的响应特性。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2 本文的研究背景

1.3 研究现状

1.4 ESD防护器件面临的问题及其动力学思考

1.5 本文的工作思路和计划方案

第2章 ESD防护器件内载流子输运动力学研究

2.1 常用ESD防护器件的物理结构

2.2 产生非平衡载流子的力学机理

2.3 ESD防护器件的载流子输运动力学

本章小结

第3章 ESD防护器件防护性能评价方法

3.1载流子输运动力学与器件的防护性能评价

3.2 ESD防护器件应具备的电气性能与防护性能参量选择

3.3 防护性能评价参量的统一定义

3.4 ESD防护器件性能测试系统设计

本章小结

第4章 防护性能评价方法对不同器件的适用性验证

4.1 防护性能评价方法对TVS二极管的适用性验证

4.2 防护性能评价方法对压敏电阻的适用性验证

4.3 防护性能评价方法对聚合物ESD抑制器的适用性验证

4.4 防护性能评价方法对气体放电管的适用性验证

4.5 四类ESD防护器件的主要防护性能比较

本章小结

第5章 应用实例

5.1 ESD防护器件的PSPICE等效电路模型

5.2 ESD防护器件的PSPICE等效电路模型的有效性验证

5.3 PSPICE等效电路模型的应用实例

本章小结

第六章 结论与展望

6.1 本文的主要工作

6.2 本文的主要结论

6.3 对后期工作的展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文和参与的科研课题