考虑到纵向掺杂分布影响的SOI功率器件完全耐压模型

首先将任意纵向掺杂的漂移区等效为均匀掺杂的漂移区,然后基于二维泊松方程获得了SOI功率器件在全耗尽和不全耗尽情况下表面电场和击穿电压的完整解析表达式.借助此模型对漂移区纵向均匀掺杂、高斯掺杂、线性掺杂和二阶掺杂SOI二极管的表面场势分布和击穿电压进行了研究,解析结果和仿真结果吻合较好,验证了模型的准确性.最后在满足最优表面电场和完全耗尽条件下,得到器件优化的广义RESURF判据.     

新型PB-PSOI器件表面电场和温度分布模型研究

根据泊松方程和热扩散方程提出了新型PB-PSOI 器件漂移区的二维表面电场分布模型和温度分布模型,模型计算结果与Medici模拟结果相一致。根据所提出的模型,重点研究了埋氧化层厚度及长度对漂移区表面电场分布和温度分布的影响,最后给出了PB-PSOI 器件的埋氧化层厚度和长度的优化设计方法。     

基于分段模型的CRM boost电路软开关时间优化

为解决实际应用中临界导通模式(CRM)下boost转换器软开关时间求解不精确等问题,提出了一种针对非线性电容的分段等效电容模型,基于该模型计算得到最优软开关时间.首先介绍了适用于boost电路谷值开关/零电压开关实现的等效电路,得到软开关谐振过程中的特征微分方程;然后根据非线性微分方程的线性化提出分段等效电容模型,计算软开关过程相关电压电流的解析解;最后利用所求得的解析解迭代得到最优软开关时间.实验结果表明:该方法求得的软开关时间与实际电路的软开关时间的误差在5 ns以内,利用所提出的分段等效电容模型计算的谷值开关/零电压开关时间足够准确,为临界导通模式下boost电路实现软开关提供了指导性的方法.     

带有p型岛的超低导通电阻绝缘体上硅器件新结构

为了减小绝缘体上硅(SOI)器件的比导通电阻,提高器件的击穿电压,提出一种带有p型岛的SOI器件新结构.该结构的特征如下:首先,漂移区周围采用U型栅结构,在开启状态下,U型栅侧壁形成高密度电子积累层,提供了一个从源极到漏极低电阻电流路径,实现了超低比导通电阻;其次,在漂移区引入的氧化槽折叠了漂移区长度,大大提高了击穿电压;最后,在氧化槽中引入一个p型岛,该高掺杂p型岛使漂移区电场得到重新分配,提高了击穿电压,且p型岛的加入增大了漂移区浓度,使器件比导通电阻进一步降低.结果表明:在最高优值条件下,器件尺寸相同时,相比传统SOI结构,新结构的击穿电压提高了140%,比导通电阻降低了51.9%.     

考虑减振器弹性刚度时拉索张力的计算分析

为了提高装置减振器斜拉索张力的测试精度,在考虑减振器弹性刚度影响的基础上,建立了装置减振器拉索的振动微分方程。利用Laplace变换即可方便求得拉索的振型函数,结合减振器弹性刚度的中间支承条件,可得到拉索的频率特征方程,利用此频率特征方程就可以求得拉索的频率或张力。由于该方法求得的是精确解析解,因此其计算结果可以用来检验其他工程近似方法的计算精度。研究结果表明:斜拉索的抗弯刚度对斜拉索张力计算的影响不大,所以斜拉索张力计算可以忽略抗弯刚度的影响;减振器弹性刚度对减振器弹性刚度"较大"的斜拉索张力计算影响较大,对减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算影响并不十分显著,因此在减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算中可以不计减振器弹性刚度的影响。     

电场计算的快速多极子预条件高阶边界元法

针对多介质工频电场计算中低阶边界元法及预条件(GMRES)法的计算精度低及计算成本高的不足,在低阶边界元法基础上引入高阶边界元和快速多极子法,提出了一种用于求解三维电场分布的快速多极子预条件GMRES高阶边界元法。建立了三维电场计算高阶边界元模型,阐述了快速多极子预条件GMRES高阶边界元法基本原理和具体实现方法;通过双介质实验模型进行了方法验证,并基于500kV变电站部分关键设备的三维电场计算,表明该方法在电场计算精度及在内存消耗和计算时间上均比预条件GMRES法有明显的优势。最后将计算结果与实际测量值进行了比较,该方法的计算结果与测量值最大相对误差为8.65%,该方法更适合于分析变电站这种大尺度多介质环境下的工频电场分布。     

基于共形网格技术的ATEM三维数值模拟

共形网格技术可减小传统有限差分方法带来的阶梯状网格近似误差.将共形网格技术运用到无源麦克斯韦方程组的推导中,采用线性加权平均方法,求得棱边电场的等效电导率,更新了传统时域有限差分方法的电场迭代方程;研究了具有解析式目标体的共形参数确定方法,利用投影思想得到共形网格位置坐标,进而求得共形参数.通过与有限元方法计算得出的电磁响应进行比较,验证了本文方法的正确性;共形网格技术在保证计算效率的条件下,与阶梯状网格近似方法相比提高了曲面三维异常体的计算精度;需要共形处理的电场越多,共形网格技术的效果越明显,精度提高越多.该方法为开展地下复杂异常体的航空电磁三维正反演奠定了基础.     

500 V高压平面功率VDMOS场效应晶体管结构参数优化

击穿电压是VDMOS器件的重要构造参数之一,它和漏极最大电流IDMAX一同限制了该器件的运转范围.由于击穿电压的范围随功率器件运用范围的不同而出现较大差异,故本文利用Silvaco-TCAD的仿真平台对设定击穿电压为500 V的VDMOS进行结构参数设计与优化.首先对VDMOS设计出合适的外延层参数即外延层掺杂浓度NB和外延层厚度W_e;然后用ATHENA软件对VDMOS进行工艺仿真,得出结果:对VDMOS进行提取的各结构参数与预计相符;最后又通过ATLAS软件对VDMOS的转移特性,击穿特性及输出特性进行仿真,得到的阈值电压及击穿电压与所要求的数值吻合.因此,通过对500 V VDMOS结构参数的优化和改进,从而实现高性能VDMOS器件的高可靠性.     

采用等效特征扩散长度计算微波击穿电场

为解决气压较低时,由扩散控制的击穿模型计算出的微波击穿电场误差较大,甚至与实验趋势不符的问题,提出了用等效特征扩散长度计算击穿电场的方法。该方法将实际特征扩散长度与电子平均自由程结合起来,使电子碰撞概率较高,以满足击穿模型在低气压下的使用要求。分析等效特征扩散长度与击穿阈值的关系,得出了等效特征扩散长度的表达式,并依此计算了平板系统中空气的微波击穿电场。用该方法所得的计算结果与实验结果相符,当频率为0.994GHz、电极间隙为1.98cm、气压为6.65Pa时,计算误差仅是采用实际特征扩散长度时误差的11%。计算与实验结果都表明:随着气压的下降,击穿电场将升高并趋于一个固定值。     

基于衬底偏压电场调制的高压器件新结构及耐压模型

提出一种基于衬底偏压电场调制的薄层硅基LDMOS高压器件新结构,称为SB LDMOS.通过在高阻P型衬底背面注入N~+薄层,衬底反偏电压的电场调制作用重新分配体内电场,纵向漏端电压由源端和漏端下两个衬底PN结分担,器件的击穿特性显著改善.求解漂移区电势的二维Poisson方程,获得表面电场和击穿电压的解析式,研究器件结构参数对表面电场和击穿电压的影响.仿真结果表明,与埋层LDMOS相比,SB LDMOS击穿电压提高63%.     

用最优化方法计算时滞微分方程的周期解

给出一种用最优化方法计算时滞微分方程周期解的方法. 该方法先将寻找时滞微分方程周期解的问题转化为一个有约束的最优化问题, 再用最优化方法计算周期解. 在数值计算上, 应用函数拟合的方法近似逼近初始函数, 并结合牛顿法和惩罚函数法数值求得周期解. 数值实验结果验证了方法的高效性.     

任意纵向变掺杂横向功率器件二维耐压模型

基于二维泊松方程的解,建立了漂移区全耗尽和不全耗尽情况下任意纵向掺杂的横向功率器件二维电场分布模型,进而导出了纵向和横向击穿电压表达式,得到了一个新的RESURF判据.借助此模型,研究了漂移区纵向杂质分布分别为均匀、线性递减、线性递增和高斯四种典型分布的功率器件的耐压机理和工作特性.解析结果和半导体器件仿真器MEDICI的数值结果吻合较好,验证了模型的准确性.     

漂移区槽氧高压SOI-LDMOS器件模型

为了获得SOI-LDMOS器件耐压和比导通电阻的良好折衷,提出了一种漂移区槽氧SOI-LDMOS高压器件新结构．利用漂移区槽氧和栅、漏场板优化横向电场提高了横向耐压和漂移区的渗杂浓度．借助二维仿真软件对该器件的耐压和比导通电阻特性进行了研究,结果表明该器件与常规SOI—LDMOS结构相比在相同漂移区长度下耐压提高了31％．在相同耐压下比导通电阻降低了34．8％．     

槽栅槽源SOI LDMOS器件结构设计与仿真

为了提高SOI(silicon on insulator)器件的击穿电压,同时降低器件的比导通电阻,提出一种槽栅槽源SOI LDMOS(lateral double-diffused metal oxide semiconductor)器件新结构.该结构采用了槽栅和槽源,在漂移区形成了纵向导电沟道和电子积累层,使器件保持了较短的电流传导路径,同时扩展了电流在纵向的传导面积,显著降低了器件的比导通电阻.槽栅调制了漂移区电场,同时,纵向栅氧层承担了部分漏极电压,使器件击穿电压得到提高.借助2维数值仿真软件MEDICI详细分析了器件的击穿特性和导通电阻特性.仿真结果表明:在保证最高优值的条件下,该结构的击穿电压和比导通电阻与传统SOI LDMOS相比,分别提高和降低了8%和45%.     

局域电场逆问题在劣质绝缘子诊断中的应用

鉴于电场测量法检测绝缘子需要测量点较多,检测精度低的问题,采用基于局域电场逆问题的优化算法,建立求解绝缘子电场逆问题的计算模型;通过对局域电场逆问题的求解计算绝缘子串表面的电压分布,实现局域电场逆问题在劣质绝缘子诊断中的应用,并在此基础上分析测量点水平偏移和竖直偏移对检测造成的误差.仿真结果表明,将局域电场逆问题方法应用到劣质绝缘子检测中,可以实现离线检测,减低测量工作量,改善检测精度.     

非线性(时滞)动力学问题的一种新暂态时程积分解法

非线性微分方程很难求得精确解析解,数值方法是求解非线性问题的一种有效手段。针对非线性微分方程,提出一种新的暂态时程积分方法。在暂态时程积分过程中,将非线性项看做非齐次项,在瞬态区间起始时刻处进行Taylor展开,并结合Romberg数值积分进行计算。Taylor展开时,将系统状态方程连续引入到非线性项导数的求解过程中,可简单有效地计算高阶导数。在此基础上,对含有时滞的非线性微分方程数值解法进行了研究,将时滞项同样看做非齐次项,利用线性插值处理后,结合Romberg积分进行计算。实例计算结果表明,该方法对有无时滞的非线性微分方程,均可求得较高精度的数值解。     

110V体硅LDMOS器件研究

利用SILVACO TCAD工艺仿真和器件仿真软件研究了110V体硅LDMOS器件的几个重要参数对器件耐压特性的影响,研究结果表明,漂移区剂量存在一个最优值,过大将导致漂移区难以耗尽而使得沟道与漂移区边界发生击穿,而过小则导致漂移区迅速耗尽而在漏端表面发生击穿;衬底浓度低对提高开态击穿电压有一定效果,但低浓度衬底难以在CMOS工艺中使用;场氧与P阱和漂移区的PN结界面距离在零或者略大于零时器件耐压性有最优值;栅极板长度存在最优值,栅极板过长或过短都将使得器件的击穿电压有所降低。     

功率VDMOS器件的新型SPICE模型

为解决垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOS器件)模型精确度差的问题,建立了一套新的VDMOS模型.与其他模型相比,该模型在VDMOS器件源极、漏极、栅极3个外部节点的基础上,又增加了4个内部节点,从而将VDMOS器件视为1个N沟道金属氧化物半导体(NMOS)与4个电阻的串联.采用表面势建模的原理计算了积累区的电阻,并对寄生结型场效应晶体管(JFET)耗尽及夹断2种状态进行分析,计算出寄生JFET区的电阻.分别考虑VDMOS器件外延层区与衬底区的电流路径,建立了这2个区域的电阻模型.模型仿真值与器件测试值的比较结果表明,该模型能够准确拟合VDMOS器件线性区、饱和区及准饱和区的电学特性.     

直流电压下环氧浇注绝缘子的表面电场分析

针对直流气体绝缘设备电场分析及结构设计时气体侧模型的选择问题,以高压直流气体绝缘穿墙套管用环氧浇注绝缘子为研究对象,建立了直流电压下环氧浇注绝缘子的电场计算模型。其中,对气体侧分别采用离子迁移模型和线性模型,在直流电压下对环氧浇注绝缘子的表面电场进行了计算及分析。研究了不同气体电离率、外施电压、体积电导率等条件下两种模型对计算结果的影响及相互替换的条件,给出了直流电压下气体侧模型的选择建议。结果表明:离子迁移模型得到的绝缘子表面电场计算结果受气体中空间电荷不均匀分布的影响,随场强的变化呈现出较强的非线性;线性模型用以匹配离子迁移模型计算结果的气体电导率取值与气体电离率成正比,与外施电压等级成反比;当外施电压等级较高、绝缘子体积电导率较大时,固体侧电流在绝缘子表面电荷积聚过程中起主要作用,离子迁移模型与线性模型得到的计算结果差异较小。这时,线性模型计算时间更短,更适用于环氧浇注绝缘子的结构优化设计。