半导体器件的高功率微波毁伤阈值数值计算研究

摘要

通过高功率微波干扰机理的研究,进行大功率微波对典型半导体部件作用的分析技术,确定高功率微波干扰效能评估体系和方法.为大功率干扰机的总体设计与研制提供重要的理论依据和实验数据.对提高电子对抗、尤其是雷达对抗的技术水平,保证在未来拥有电磁频谱控制权,具有重要的意义.通常,确定HPM参数对半导体器件的干扰及损伤阈值的影响可以通过试验研究和理论研究的方法.由于受到器件、系统的复杂性和电磁环境诸多因素的限制,准确的试验非常困难,因此有必要从理论上研究电磁脉冲对电子系统的破坏机理,而电子系统的基本组成部分是半导体器件,所以首先要对半导体器件进行研究.该文首先阐述了HPM武器的重要性、发展及HPM的产生机理,然后对半导体器件HPM毁伤阈值及损伤机理进行了分析,大多数半导体器件的基本组成为PN结二极管,所以最后进行了PN结建模仿真、HPM阈值分析.该文的主要工作在以下几方面:首先,对HPM的产生机理及HPM武器的发展、重要性做了详细的论述.对HPM的产生机理及HPM产生系统进行了总结.回顾了HPM的发展,并展望了未来的发展方向.其次,对半导体器件的HPM毁伤阈值及损伤机理进行了分析.在对半导体器件的阈值进行定义的基础上,分析了脉冲HPM微波干扰下电子设备破坏的物理基础,并建立了微波干扰影响的典型模型.着重分析了半导体器件的损伤机理.并对典型器件进行了讨论.最后,对PN结二极管进行了一维数值模拟.建立了一维稳态和瞬态模型下半导体器件所满足的刚性、耦合、非线性偏微分方程组,并对边界条件及参数的确定进行了讨论,然后用FlexPDE软件对方程组进行了数值计算.模拟了二极管在几种不同高功率微波环境下的内部载流子行为,电位及电场分布,得到了HPM的电压对器件破坏影响的动态过程,及PN结对HPM响应的截止频率参数f.该文研究途径及模拟方法为下一步PN结器件的二维模拟及试验数据的理论分析与论证奠定了基础.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1论文的背景及研究意义

1.2课题的提出

1.3论文主要内容及研究方法

第二章HPM的产生机理、HPM武器的重要性及发展

2.1 HPM的产生机理及HPM传输发射系统

2.1.1 HPM的产生机理

2.1.2 HPM传输发射系统

2.2 HPM武器发展、重要性及前景

第三章半导体器件HPM毁伤阈值及损伤机理分析

3.1半导体阈值的几种定义

3.2脉冲HPM微波破坏电子设备性能的物理基础

3.3脉冲微波干扰影响的的典型模型

3.3.1一次效应

3.3.2二次效应

3.4半导体器件的损伤机理

3.5几种器件失效机理分析

第四章器件建模仿真、阈值分析

4.1 PN结二极管的计算机数值模拟

4.1.1 PN结二极管一维模型基本方程

4.1.2方程的归一化

4.1.3一维基本模型边界条件

4.1.4PN结二极管一维瞬态模型基本方程

4.1.5一维瞬态模型的边界条件

4.1.6PN结器件的一维数值模拟

4.2器件参数的确定

4.2.1掺杂浓度N

4.2.2载流子产生率G

4.2.3载流子复合率R

4.2.4迁移率μn，μp

4.3一维稳态模拟结果及分析

4.3.1基本模型

4.3.2一维数值模拟

4.3.3PN结解析解的推导

4.4 PN结器件的一维瞬态模拟

4.5 PN结器件对HPM的响应计算

4.6仿真结果分析

第五章结束语

致谢

参考文献