Шевченко Глеб Михайлович – младший научный сотрудник лаборатории нелинейной видеоимпульсной локации Института сильноточной электроники СО РАН; аспирант Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники
пр. Академический, д. 2/3, Томск, 634055
Gleb M. Shevchenko, Junior Researcher at the Laboratory of Nonlinear Video-Pulse Location of the Institute of High-Current Electronics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; Postgraduate Student of the Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics
2/3, Akademichesky Ave., Tomsk 634055
Семенов Эдуард Валерьевич – доктор технических наук (2012), доцент (2009), старший научный сотрудник Института сильноточной электроники СО РАН; профессор кафедры радиоэлектроники и системсвязи Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники
пр. Академический, д. 2/3, Томск, 634055
Edward V. Semyonov, Dr Sci. (Eng.) (2012), Associate Professor (2009), Senior Researcher of Institute of High Current Electronics SB RAS; Professor at the Department of Radioelectronics and Communication Systems of Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics
2/3, Akademichesky Ave., Tomsk 634055
Введение. Адекватное моделирование полупроводниковых приборов с p–n-переходом в обратном смещении представляет проблему. Существующие квазистатические и неквазистатические модели не в состоянии удовлетворительно охарактеризовать зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда от плотности тока. Это приводит к большой погрешности (десятки процентов) моделирования на импульсных широкополосных сигналах. Погрешность моделирования объясняется тем, что в существующих моделях время жизни представлено в виде неизменного значения.
Цель работы. Предложить и исследовать эквивалентную схему p–n-перехода, учитывающую зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда от прямого тока, с возможностью простой интеграции этой схемы в САПР.
Материалы и методы. Исследование выполнено на примере кремниевого быстровосстанавливающегося диода BAS16J с p–n-переходом, производства Nexperia. Предложена модифицированная модель диода в виде эквивалентной схемы, учитывающая зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда от прямого тока p–n-перехода при высоком уровне инжекции.
Результаты. Расхождение между экспериментальной и модельной кривыми не превышает ±9 % при импульсном воздействии на диод. Экстракция параметров в предложенной модели происходит обычными способами из вольт-амперной и вольт-фарадной характеристик диода.
Заключение. Рассмотренная неквазистатическая эквивалентная схема диода представляет большой интерес при проектировании радиоэлектронных устройств, работающих с короткоимпульсными широкополосными сигналами. Представленная модель диода в виде эквивалентной схемы позволяет беспрепятственно реализовать ее в современных САПР на пользовательском уровне.
Introduction. Adequate modeling of semiconductor devices with a p–n-junction in reverse bias represents a relevant research problem. The existing quasistatic and non-quasistatic models fail to provide a satisfactory description for the dependence of nonequilibrium charge carrier lifetime on current density. This leads to significant simulation errors (tens of percent) at pulsed broadband signals. Simulation errors arise, because the existing models regard the lifetime as a constant value.
Aim. To propose and investigate an equivalent circuit of a p–n-junction considering the dependence of the lifetime of nonequilibrium charge carriers on direct current, with the possibility of its simple integration into CAD.
Materials and methods. The study was carried out on the example of a fast recovery silicon diode BAS16J with a p–n-junction manufactured by Nexperia. A modified diode model is proposed in the form of an equivalent circuit that considers the dependence of the lifetime of nonequilibrium charge carriers on the direct current of the p–njunction at high injection levels.
Results. The discrepancy between the experimental and simulated curves did not exceed ±9 % under pulsed diode operation. The extraction of parameters in the proposed model is carried out conventionally, from the current-voltage and capacitance-voltage characteristics of the diode.
Conclusion. The proposed non-quasistatic equivalent diode circuit can be used when designing radio electronic devices operated at short-pulse broadband signals. The proposed diode model can be easily implemented in modern CAD systems at the user level.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.