МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛОВОГО ДИОДА ШОТТКИ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ РЕЖИМАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Представлены результаты приборно-технологического моделирования статических вольтамперных характеристик (ВАХ), а также зависимостей дифференциального сопротивления и рассеиваемой мощности для структуры карбидокремниевого диода Шоттки в САПР Synopsys Sentaurus TCAD. В результате исследований и моделирования подобраны конструктивно-технологические параметры диода Шоттки, на основе которых получены ВАХ, сопоставимые с заданной точностью с физическим экспериментом (ток анода не менее 100 А, пробивное напряжение не менее 1400 В при температуре 77 К). Выполнена верификация полученных приборно-технологическим моделированием статических характеристик диода Шоттки путем сопоставления результатов вычислительного эксперимента с физическим исследованием диода C4D20120D фирмы Cree для диапазона температур от 300 К до 77 К. Новизна работы заключается: в разработке приборно-технологической модели (ПТМ) полупроводникового прибора, учитывающей эффект саморазогрева кристалла; получении результатов, отражающих характеристики полупроводникового прибора в нормальных и экстремальных температурных режимах эксплуатации; получении зависимостей, отражающих изменение дифференциального сопротивления и рассеиваемую мощность; возможности использования результатов разработанной ПТМ для промышленной реализации карбидокремниевого диода Шоттки на предприятиях России в виде дискретных полупроводниковых приборов, либо элементов в составе полупроводниковых силовых модулей.

Ключевые слова:
диод Шоттки, жидкий азот, приборно-технологическая модель, TCAD, статические характеристики, конструктивно-технологическое решение, карбид кремния
Список литературы

1. Рыбалка С.Б., Демидов А.А., Малаханов А.А. Силовые диоды и транзисторы на основе карбида кремния: монография. LAP LAMBERT Academic Publishing, 2018. 129 с.

2. Baliga, B.J. Fundamentals of Power Semiconductor Devices. Cham: Springer International Publishing, 2019.

3. Экспериментальные диоды Шоттки−(p−n) (JBS-диоды) на основе 4H-SiC / П.А. Иванов [и др.] // Физика и техника полупроводников. Т. 43. № 9. С. 1249-1252.

4. Luo, X. Design and fabrication of high voltage 4H-SiC Schottky barrier diodes. 2019.

5. Исследование стойкости SiC-диодов Шоттки ЗАО «ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ» к скорости нарастания обратного напряжения / Н.А. Брюхно [и др.] // Силовая Электроника. 2018. Т. 2. № 71.

6. Проблемы криогенного охлаждения полупроводниковых вентилей статических преобразователей / Г.А. Дубенский [и др.] // Электричество. 2019. № 6. С. 4-12.

7. A Cryogenically Cooled MW Inverter for Electrified Aircraft Propulsion / R. Chen [et al.] // AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum AIAA Propulsion and Energy 2020 Forum. VIRTUAL EVENT: American Institute of Aeronautics and Astronautics. 2020.

8. Improving Performance of Cryogenic Power Electronics / P. Haldar [et al.] // IEEE Transactions on Appiled Superconductivity. 2005. Vol. 15. № 2. P. 2370-2375.

9. Kshirsagar P. Superconducting Motor and Cryo-Cooled Inverter Engine: SOARING. P. 12.

10. Superconducting motors for aircraft propulsion: the Advanced Superconducting Motor Experimental Demonstrator project / F. Grilli et. al. // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Т. 1590. – Superconducting motors for aircraft propulsion. С. 012051.

11. Медведев Д.М. Малаханов А.А. Моделирование вольт-амперных характеристик LDD MOS транзистора при криогенной температуре // Сборник научных трудов IV Международной научно-практической конференции. – Брянский государственный технический университет. 2020. С. 390-393. DOI: 10.51932/9785907271739_390.

12. Boll D.M. 10 MW HTS Generator für hybrid-elektrische Flugzeugantriebe. 2020. P. 29.

13. Моделирование электропривода переменного тока с алгоритмами пространственно-векторной модуляции / Н.В. Чуприна [и др.] // Автоматизация и моделирование в проектировании и управлении. 2022. № 1 (15). С. 80-88.

14. European Commission. Directorate General for Research and Innovation. Flightpath 2050: Europe’s vision for aviation: maintaining global leadership and serving society’s needs. Flightpath 2050 / European Commission. Directorate General for Research and Innovation., European Commission. Directorate General for Mobility and Transport. – LU: Publications Office. 2011.

15. Высоковольтные (1800В) планарные p-n переходы на основе 4H-SiC с плавающими охранными кольцами / П.А. Иванов [и др.] // Физика и техника полупроводников. 2009. Т. 43. № 4. С. 527-530.

16. Высоковольтные (3,3кВ) JBS-диоды на основе 4H-SiC / П.А. Иванов [и др.] // Физика и техника полупроводников. 2011. Т. 45. № 5. С. 677-681.

17. TCAD - Technology Computer Aided Design (TCAD) | Synopsys [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.synopsys.com/silicon/tcad.html (дата обращения: 04.04.2022)