功率器件习题

第一章1-1（功率半导体分立器件的分类。）答：晶体管transistor、整流器rectifier、可控晶闸管thyristor1-2、pleaselistthenameofpopularpowerswitch。(常用的功率开关)答：功率开关包括功率晶体管（powerMOSFET、IGBT、Bipolardevice）和整流器。1-3、Definetheidealpowersemiconductordevice。（定义理想的功率半导体器件）答：理想的功率半导体器件是要求在功率输出时损耗为零，即开态时压降为0，关态时电流为0。1-5、listthedevicnameyouknownthathasthenormally-offperformance？（那些器件具有常关特性）答：n-MOS、IGBT、VDMOS、TrenchMOS等n沟道器件都是常关的。1-6.whichisthepreferablefornormalsystem?normally-ondeviceornormally-off?givethereason.答:常关器件更为常用。因为在不加栅压时常开器件电流为0而常开器件的电流不为0。并且在栅控电路无法工作时及时的阻止电流流向负载是很重要的。所以常关器件更便于控制。1-7、listtheinternationalsemiconductorcompanynameyouknowtheproductthepowersemiconductordevices。答:Infineon、MitsubishiElectric、Toshiba、Sanken、STMicro、InternationRectifierFujiElectric、RenesasOnsemi、Fairchild,Semikron,Vishay,NXP、Shindengen、Alpha&Omega第二章(结击穿和结终端技术）1、whatismeantbyimpactionizationcoefficientofhole(electron)?什么是空穴（电子）的碰撞电离率？答：空穴（电子）的碰撞电离率p(n)是每个空穴(电子）在耗尽层内沿着电场方向运动1cm通过碰撞电离所产生的电子-空穴对数。2、whatisaplanejunction?什么是平面结答：平面结是各种pn结中最简单的形式，也叫平行平面结，一维二极管或理想pn结，平面结没有边界，具有一维性质的电场。3、definethepunch-throughdiodestructure.定义穿通二极管结构答：穿通结构在低掺杂浓度一侧连有一高掺杂区域，低掺杂一侧的厚度小于击穿时耗尽区的最大宽度，其一般是P+N-N+结构。4、whydoestheimpactionizationcoefficientincreasewiththeincreasingoftheelectricfieldanditdecreasewiththeincreasingoftemperature.为什么碰撞电离率随着电场的增大而增大，随着温度的升高而减小？答：为载流子在很高的电场下运动所获得的能量，当E达到一定值时，便会发生碰撞电离，电场越大，E增加也越快，单位距离内通过碰撞电离产生的电子-空穴对也越多，所以碰撞电离率越大，温度升高时，半导体晶格振动加强，载流子与晶格碰撞损失的能量也增加，从电场积累能量的速率变慢。5、解释此公式的物理效应。答：假设p=n=的情况下，当碰撞电离率在势垒区的积分达到1时，将发生雪崩击穿。6、Whichstructurehasthelargestbreakdownvoltageunderthesamejunctiondepth:planejunction,cylindricaljunctionandsphericaljunction?在结深相同的情况下，平面结柱面结球面结，哪个击穿电压最大？答：平面结最大平面结是理想情况，没有边缘效应，圆柱结和球面结的边缘部分限制了器件的击穿电压，因为边缘部分的曲率大，电场更强，击穿电压变小，更易于击穿7、Explaintheaffectofnon-uniformoxidelayerinthefieldplatedesign场板设计中，非均匀氧化层的影响答：在pn结的曲面处，氧化层厚度较薄，引入更多的附加电荷，减小了冶金结处的峰值电场，在场板的边缘，氧化侧较厚，引入额外电荷少，形成的附加电场的峰值也相应会变低，同时降低了冶金结和场板边缘的击穿电压。第三章：PowerDiodes1、Definethehigh-levelinjection答：所谓大注入，就是注入到半导体中的非平衡少数载流子浓度接近或者超过原来的平衡多数载流子浓度（～掺杂浓度）时的一种情况。对于PIN，当注入到N区的载流子浓度超过N区相对低的掺杂浓度BN时，这种情况称为大注入（对于PiN，一般由P+NN+dxEqEl0E10dxdxp组成，N为i）2、Definetheconductivitymodulation定义电导调制（本质上是由于大注入引起的）答：当PN结上流过的正向电流较大时，注入并积累在低掺杂N区的少子空穴浓度将很大，为了维持半导体中性条件，其多子浓度也相应大幅度增加，使得其电阻率明显下降，也就是电导率大大增加，这就是电导调制效应。对于PiN，在开态时，少数载流子空穴从P+区注入本征区，电子从N+区注入本征区，为了保持电中性条件，注入的电子和空穴数量上相等，这种注入高浓度空穴和电子进入本征区的现象叫作电导调制。这种现象对PIN特别重要，使i区的电阻大大降低，从而使PIN在低正向导通压降下就可以传输很大的电流。3、WhatistheovershootofthepowerPiNrectifiers什么是功率PiN整流器的过冲？答：当一个PiN二极管开启时，如果电流变化过快（di/dt较大），它的正向压降开始时会超过在稳态时传输相同电流时的压降，这种现象称为正向电压过冲。产生原因：正向电压过冲是由于高阻中性区的出现产生的。在正常电流导通时，载流子的注入极大地减小了中性区的电阻，然而在整流器开启时，由于电流变化过快，电流的上升速度比载流子注入的快，就会产生一个短暂的比较高的压降在中性区，直到载流子完全注入中性区。4、ExplainwhytheSiSchottkydiodecannotoperateathigh-voltagecondition?解释为什么硅基肖特基二极管不能在高压下工作答：硅基肖特基二极管的反向泄漏电流比较大，而且随着温度的升高而增大，反向阻断特性也比较差5、whichstructurehasthehigherleakagecurrent,SchottkydiodeorPiNdiode?Why?肖特基二极管和PiN二极管哪个泄漏电流更大答：肖特基二极管更大，势垒较低，反向泄漏电流具有正温度特性，随着温度升高急剧增大6、DrawingoutthestructureofJBSanddescribingitsoperationmechanism画出JBS结构和它的工作机理（JBS：theJunctionBarriercontrolledSchottryrectifier)答：在反向阻断状态，耗尽层夹断后，在两个格子（P+）间会形成势垒，当反向电压继续增大，耗尽层扩展到N+衬底后，多余的偏压将会降在这个势垒上，因此这个势垒保护了肖特基接触，使其不会承受高压。这种保护使JBS避免了像肖特基二极管那样大的泄漏电流。在正向工作时，在肖特基势垒下，电流有多个导通沟道，由于泄露电流的减小，JBS的势垒高度比传统的肖特基二极管要低，这样，在保持相同的阻断特性下，JBS的正向导通压降会更低第四章：功率半导体器件1、Whatthemeantbyreachthroughbreakdown(orpunchthroughbreakdown)?什么叫穿通击穿？答：在集电极之间加高电压时，集电极耗尽区展宽，当集电极耗尽区展宽到与发射极相接时便发生了穿通。发生穿通之后，B-E结势垒变低，因此C-B结电压稍有增加，B-E结便可产生大电流。这就是穿通击穿现象。2、什么是BVCBO和BVCEO？答：BVCBO：发射极开路，集电极与基极之间的击穿电压。——开发射极击穿电压BVCEO：基极开路，集电极与发射极之间的击穿电压。——开基极击穿电压3、Thecollectorefficiencyunderwhatconditionismuchlargerthanunit?集电极效率在什么情况下远大于1？答：当集电极电压与雪崩倍增电压相仿时，集电极效率远大于1.4、为什么功率BJT能够在饱和区能在大电流下工作？答：在饱和区时，发射极和集电极均正偏，此时发生大注入效应（电导调制）效应，电阻降低，因此便能够在大电流下工作。5、设计功率BJT（powerBJT）的基区时需要考虑什么？（1）、基区掺杂（基区掺杂浓度越高，放大倍数越小，频率响应越好，击穿电压低）（2）、基区宽度（基区宽度越大，放大倍数越小，自动增益控制好，频率响应差，击穿电压高）这两个都存在tradeoff（折中）6、为什么ICEOICBO?答：两者的关系可表示为：ICEO=(1+ß)ICBO，可根据公式推导和叠加原理得到。7、解释高压BJT通常电流增益较小的原因？答：高压BJT要求有长的轻掺杂的集电极漂移区，这样的集电极具有高的电阻。高的集电极漂移区电阻使准静态饱和区增大，这便增加了电流传导时的能量耗散。并且，高集电极电阻能使基区扩展效应在低电流密度下发生。这些因素都使得高压BJT的电流增益较小。8、解释高压BJT通常有长的集电极漂移区的原因？答：因为需要承受高压，而这高的电压是由集电极来承担的。因此设计用长的轻掺杂的集电极漂移区来承受高压。第五章：功率半导体器件5-1、什么是晶闸管？它是由一个P-N-P-N四层(4layers)半导体构成的，中间形成了三个PN结。5-2、什么是晶闸管的维持电流？维持电流是晶闸管通态的一个重要特性参数，指器件维持导通状态的最小阳极电流。大于维持电流，器件导通。小于维持电流，器件截止。5-6、晶闸管的导通、截止的条件？αnpn+αpnp≥1导通；αnpn+αpnp≤1截止。第六章：功率半导体器件6-1、whatismeantbytheon-resistanceandspecificon-resistanceofthepowermosfet?答：导通电阻是表征功率器件导通损耗的重要参数，它是器件源漏两端之间的等效电阻。而specificon-resistance是功率器件设计中更为可取的一个参数，他定义为单位面积的导通电阻。Ronsp=Ron×A6-7.whyoriginalpowerMOSFETcannotoperateatthehigh-voltageapplication.答：传统的功率器件的导通电阻随电压的增加急剧增加,损耗增大。一般适用于耐压小于600的应用。现在的解决办法时采用CoolMOSFET(即super-junction)，他的导通电阻为传统MOSFET的1/5，所以能实现高耐压。6-12、forwhichdevicetheJFETeffecthaslargeeffecttoitscharacteristics,high-voltagedeviceorlowvoltagedevice。答：JFET效应在高压器件中更为明显。在高压时，导通电阻主要由漏区电阻和JFET电阻组成，低压时导通电阻是主要由积分电阻和沟道电阻组成。6-19、drawingouttheprocesssequenceofatrenchgatemosfet。第七章：功率半导体器件7-1、IGBT中的寄生晶匣管效应是什么?答：N+区相当于晶匣管的阴极。如图，当IGBT工作时，空穴有J1结注入，积聚在J2结。当这些空穴流入发射级时，在p-base区产生一个压降。当导通的电流足够大时，J3便正偏了，这便使寄生的SCR（晶匣管）导通，发生闩锁。闩