Preview

Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника

Расширенный поиск

Нелинейно-инерционная модель диода с учетом зависимости времени жизни неравновесных носителей заряда от прямого тока для повышения качества моделирования РЭА

https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-6-70-78

Полный текст:

Аннотация

Введение. Адекватное моделирование полупроводниковых приборов с pn-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 pn-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 pn-переходом, производства Nexperia. Предложена модифицированная модель диода в виде эквивалентной схемы, учитывающая зависимость времени жизни неравновесных носителей заряда от прямого тока pn-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.

Об авторах

Г. М. Шевченко
Институт сильноточной электроники СО РАН; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Россия

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



Э. В. Семенов
Институт сильноточной электроники СО РАН; Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Россия

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



Список литературы

1. Тогатов B. В., Гнатюк П. А. Метод измерения времени жизни носителей заряда в базовых областях быстродействующих диодных структур // Физика и техника полупроводников. 2005. Т. 39, № 3. С. 378–381.

2. Ayaz M., Shafiqul I, Quazi D. M. Modified Ebers-Moll model of magnetic bipolar transistor // IEEE Intern. Conf. on Electron Devices and Solid-State Circuits, Singapore, 01–04 June 2015. IEEE, 2015. P. 812–815. doi: 10.1109/EDSSC.2015.7285242

3. Ebers J. J., Moll J. L. Large-Signal Behavior of Junction Transistors // Proc. of the IRE. 1954. Vol. 42, № 12. P. 1761–1772. doi: 10.1109/JRPROC.1954.274797

4. Complete Time-Domain Diode Modeling: Application to Off-Chip and On-Chip Protection Devices / B. B. M’Hamed, F. Torres, A. Reineix, P. Hoffmann // Transactions on Electromagnetic Compatibility. 2011. Vol. 53, № 2. P. 349–365. doi: 10.1109/TEMC.2010.2082551

5. Lauritzen P., Ma C. L. A Simple Diode Model with Reverse Recovery // IEEE Trans. Power Electron. 1991. Vol. 6, № 2. P. 188–191. doi: 10.1109/63.76804

6. Yang A. T., Liu Yu, Yao J. T. An Efficient Non-quasi-Static Diode Model for Circuit Simulation // IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. 1994. Vol. 13, № 2. P. 231–234. doi: 10.1109/43.259946

7. Tien B., Hu C. Determination of carrier lifetime from rectifier ramp recovery waveform // IEEE Electron Device Lett. 1988. Vol. 9, № 10. P. 553–555. doi: 10.1109/55.17842

8. Лосев Д. В., Бардашов Д. С., Быков А. Г. Возбуждение полупроводникового диода коротким импульсом // Изв. вузов. Физика. 2015. Т. 58, № 8/2. С. 147–150.

9. Айзенштат Г. И., Ющенко А. Ю., Божков В. Г. Переходные процессы в СВЧ-ріn-диодах на арсениде галлия // Изв. вузов. Физика. 2014. Т. 57, № 12. С. 14–19.

10. Variable-resolution simulation of nonlinear power circuits / D. Ali, D. Sairja, P. Chapman, J. Jatskevich // Proc. of 2010 IEEE Intern. Symp. on Circuits and Systems. 2010. P. 2750–2753. doi: 10.1109/ISCAS.2010.5537026

11. Modeling and Simulation of Comprehensive Diode Behavior Under Electrostatic Discharge Stresses / H. Li, M. Miao, Yu. Zhou, J. A. Salcedo, J.-J. Hajjar, K. B. Sundaram // IEEE Transactions on Device and Materials Reliability. 2019. Vol. 19, № 1. P. 2750– 2753. doi: 10.1109/TDMR.2018.2882454

12. Разработка и исследование СВЧ-ограничителей мощности на основе pin-диодов / А. Ю. Ющенко, Г. И. Айзенштат, Е. А. Монастырев, А. А. Иващенко, А. В. Акимов // Изв. вузов. Физика. 2010. Т. 53, № 9-2. С. 315–319.

13. Understanding and Modeling of Diode Voltage Overshoots During Fast Transient ESD Events / P. Zhihao, D. Schroeder, S. Holland, H. K. Wolfgang // IEEE Transactions on Electron Devices. 2014. Vol. 61, № 8. P. 2750–2753. doi: 10.1109/TED.2014.2330365

14. Improvement of SPICE based ESD Protection Models for I/O Protection Modeling / A. Pak, S. M. Mousavi, D. Pommerenke, G. Maghlakelidze, Ya. Xu // IEEE Intern. Joint EMC/SI/PI and EMC Europe Symp. 2021. Vol. 19, № 1. P. 1006–1011. doi: 10.1109/EMC/SI/PI/EMCEurope52599.2021.9559224

15. Шевченко Г. М., Семенов Э. В. Простая модель зависимости времени жизни неравновесных носителей заряда от прямого тока p–n-перехода // СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии: материалы 32-й Междунар. Крымской конф. / под ред. Ю. Б. Гимпилевича, П. П. Ермолова. Севастополь: СевГУ, 2022. С. 7–8.

16. Семенов Э. В., Малаховский О. Ю. Неквазистатическая модель p–n-перехода без рекурсии на пользовательском уровне // Изв. вузов. Физика. 2019. Т. 62, № 6. С. 151–156.


Рецензия

Для цитирования:


Шевченко Г.М., Семенов Э.В. Нелинейно-инерционная модель диода с учетом зависимости времени жизни неравновесных носителей заряда от прямого тока для повышения качества моделирования РЭА. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника. 2022;25(6):70-78. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-6-70-78

For citation:


Shevchenko G.M., Semyonov E.V. Nonlinear Inertial Diode Model Considering the Dependence of Nonequilibrium Charge Carrier Lifetime on Direct Current to Improve Simulation of Radioelectronic Equipment. Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2022;25(6):70-78. (In Russ.) https://doi.org/10.32603/1993-8985-2022-25-6-70-78

Просмотров: 54


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1993-8985 (Print)
ISSN 2658-4794 (Online)