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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:潘彥廷
研究生(外文):Yan-Ting Pan
論文名稱:功率半導體元件之解構與模擬
論文名稱(外文):Deconstruction and simulation of power semiconductor components
指導教授:林楚軒
指導教授(外文):Chu-Hsuan Lin
口試委員:張立鳴林群傑
口試委員(外文):Li-Ming JhangChun-Chieh Lin
口試日期:2021-03-08
學位類別:碩士
校院名稱:國立東華大學
系所名稱:光電工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2021
畢業學年度:109
語文別:中文
論文頁數:64
中文關鍵詞:碳化矽元件矽元件解構模擬SEM
外文關鍵詞:silicon carbide componentssilicon componentsdeconstructionsimulationSWM
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本研究主軸以如何將一顆市售功率元件解構並且將之轉換為可模擬的檔案為目的,先介紹功率電晶體會使用到的結構、如JFET、MOSFET等,並比較Si與SiC之間的差異。接著利用電子掃描顯微鏡拍攝輪廓,再以該結果為目標,使用Silvaco TCAD寫出與其相符的結構,並且模擬電性如IDVD、崩潰電壓等,而也成功的將結果逼近 Data sheet。最後回到拍攝 SEM 前面的步驟,前處理試片表面,從AB膠封埋、拋光研磨、酸液蝕刻到最後SEM實際拍攝等,成功的將一顆完整的元件拆解。
The main purpose of this research is how to deconstruct a commercially available power device and convert it into a simulated file. First, introduce the structures that power transistors will use, such as JFET, MOSFET, etc., and compare the differences between Si and SiC. Then use the scanning electron microscope to shoot the contour, and then use the result as the goal, use Silvaco TCAD to write the structure that matches it, and simulate the electrical properties such as IDVD, breakdown voltage, etc., and successfully approximate the result to the parameter table. Finally, return to the previous steps of shooting the SEM, pre-treating the surface of the test piece, from AB glue encapsulation, polishing and grinding, acid etching to the final SEM actual shooting, etc., successfully dismantling a complete component.
致謝 I
摘要 II
Abstract III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 4
1.3 論文架構 5
第二章 功率電晶體特性介紹 7
2.1 一般功率電晶體結構簡介 7
2.1.1 JFET結構簡介 7
2.1.2 MOSFET結構簡介 8
2.2 Si、SiC、GaN功率電晶體之介紹與比較 9
第三章 碳化矽功率電晶體解構與模擬 15
3.1 碳化矽元件解構 15
3.1.1 元件介紹 15
3.1.2 SEM拍攝(染色前) 15
3.1.3 SEM拍攝(染色後) 24
3.2 碳化矽元件模擬 34
3.2.1 模擬軟體介紹 34
3.2.2 模擬結果 35
第四章 矽功率電晶體解構 39
4.1 矽元件解構 39
4.1.1 拋光研磨 39
4.1.2 酸液蝕刻 41
4.1.3 SEM拍攝 43
第五章 結論與未來方向 51
參考文獻 53
附錄一 CODE 55
附錄二 參考文獻中網頁資料內容 62
[1-1] 〈分析〉一文解析MOSFET、IGBT產業與獨領風騷之處
https://news.cnyes.com/news/id/4437649
[1-2] 維基百科:閘流體。https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%99%B6%E9%96%98%E7%AE%A1
[1-3] 功率半導體技術未來發展解析
https://www.moea.gov.tw/MNS/doit/industrytech/IndustryTech.aspx?menu_id=13545&it_id=318
[1-4] 功率器件的應用以及發展策略https://www.digitimes.com.tw/col/article.asp?id=975
[1-5] 氮化鎵功率元件簡介-電子資訊20卷1期http://www.edma.org.tw/doc/Magazine_20-1-3.pdf
[1-6] 下世代功率元件市場趨勢 https://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id=34319
[1-7] 碳化矽功率半導體元件 電子資訊第20卷第1期
http://www.edma.org.tw/doc/Magazine_20-1-4.pdf
[1-8] Isik C. Kizilyalli, Andrew Edwards, David Bour, Hemal Shah, Hui Nie, and Don Disney, Avogy, San Jose, Calif “Vertical Devices In Bulk GaN Drive Diode Performance To Near-Theoretical Limits”

[2-1] 結型場效應晶體管(JFET)
https://www.tina.com/zh-TW/resources/home/field-effect-transistor-amplifiers-2/3-large-signal-equivalent-circuit/
[2-2] 維基百科:接面場效電晶體https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%BB%93%E5%9E%8B%E5%9C%BA%E6%95%88%E5%BA%94%E7%AE%A1
[2-3] 金屬氧化半導體場效電晶體 MOSFET https://physcourse.thu.edu.tw/galechu/wpcontent/uploads/sites/8/2018/09/MOSFET-0924.pdf
[2-4] 碳化矽功率半導體元件 電子資訊第20卷第1期
http://www.edma.org.tw/doc/Magazine_20-1-4.pdf
[2-5] 單晶碳化矽在微電子及微感測元件之應用 科儀新知第二十四卷第四期
https://www.tiri.narl.org.tw/Files/Doc/Publication/InstTdy/132/01320040.pdf
[2-6] 何謂碳化矽﹙Silicon Carbide﹚https://techweb.rohm.com.tw/knowledge/sic/s-sic/02-s-sic/3669
[2-7] 功率電晶體的結構與特長比較
https://techweb.rohm.com.tw/knowledge/sic/s-sic/04-s-sic/5664
[2-8] P.M. Shenoy, A., Bhalla; G.M. “DolnyAnalysis of the effect of charge imbalance on the static and dynamic characteristics of the super junction MOSFET”
[2-9] 功率電晶體的結構與特長比較
https://techweb.rohm.com.tw/knowledge/sic/s-sic/04-s-sic/5664
[2-10] 何謂sic功率元件? SiC-MOSFET https://www.rohm.com.tw/electronics-basics/sic/sic_what3
[2-11] 半導體行業前瞻分析:SiC與GaN的興起與未來展望
https://kknews.cc/zh-tw/tech/oqmppvp.html
[2-12] 氮化鎵功率元件簡介-電子資訊20卷1期http://www.edma.org.tw/doc/Magazine_20-1-3.pdf

[3-1] MOSFET - SiC Power, Single N-Channel NTHL080N120SC1(31A) https://www.onsemi.com/pub/Collateral/NTHL080N120SC1-D.PDF
[3-2] TCAD:集成電路EDA核心卡脖子技術
https://kknews.cc/zh-tw/tech/zyg88vq.html

[4-1] Mechanism of HF Etching of Silicon Surfaces: A Theoretical Understanding of Hydrogen Passivation G. W. Trucks, Krishnan Raghavachari, G. S. Higashi, and Y. J. Chabal AT'S T Bell Laboratories, Murray Hill, Ne~ Jersey 07974
https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.65.504
[4-2] E. S. Kooij1, K. Butter1 and J. J. Kelly1 “Silicon Etching in HNO3/HF Solution: Charge Balance for the Oxidation Reaction” Electrochemical and Solid-State Letters, Volume 2, Number 4
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