Ing. Jiří Hájek, Ph.D.

Wafer resistivity is one of the most important parameters in production of Power Semiconductor Devices (PSD). This parameter is mainly responsible for achieving required breakdown voltage and other electric parameters. Proposal article describes principles and details of newly designed resonant method and new equipment according patent [1] and compares it with commonly known 4point method. This new method is based on resonant measurement of capacity and following calculation. New method exhibits comparable accuracy with 4point method and brings additional advantages.

The article describes the analysis of a possible influence of a measuring circuit on the results of the OCVD method. The influence of further junction parameters on effective carrier lifetime measurements is evaluated, which has not been currently monitored by the OCVD method. Then the influence of the exciting current generator, exciting current waveform and parasitic properties of the generator is searched. A especial emphasis is given on the impedance matching between an analysed PN junction and an evaluating part of a measuring circuit. A simulation algorithm expressing the processes both in the tested junction and measurement circuit was found. The measuring system was implemented in several variants and typical measurements were carried out. For experimentally determined parameters, the simulations, whose results showed a good compliance with the results of the experiments, were performed.

This article describes both the design and construction of the switch that enables switching with a high di/dt rate and a special type of a shunt for measuring current. A designed circuit is based on a parallel connection of high power MOSFET transistors with independent drivers. Negative influence of parasitic inductions of transistor leads was analyzed. Film capacitor testing is based on applying a very fast discharging process. Current and voltage waveforms arising during the measurement are used to create an equivalent circuit of the capacitor.

Electrical capacity of power semiconductor devices is quite an important parameter that can be utilized not only for testing a component itself, but it can also be applied practically; e.g. in series-connected high voltage devices. This paper first analyzes the theoretical voltage distribution on the bases of the polarized p-n junction, as well as the size of capacity. The measurement of the voltage capacity dependence using the resonance principle is illustrated on the samples of 4kV and 6kV thyristors. The correspondence between theoretical estimate of the capacity, measured voltage capacity dependence based on the resonance principle and experimentally determined by injected charge proves the correctness of the applied procedures and assumptions.

The article deals with investigation physical and electrical parameters of power semiconductor devices. The samples of the diodes with reverse voltage exceeding 6 kV were used for the measurement of p-n junction capacity. Capacity of p-n junction has been evaluated according current pulse during a fast transient waveform of reverse voltage. Another way is presented as the evaluation of voltage dependence of dynamic capacity of reverse biased diode. These non-destructive measurements enabled to evaluate the following parameters: (i) the resistivity of initial bulk silicon used for the processing of wafers, (ii) so called critical intensity of an electric field, which can be used as a quality marker of final (capsulated) devices and is inherently connected with the quality of the used input silicon material; this critical intensity is also a quality indicator of high temperature diffusion processes.

This contribution investigates transient degradation of reverse characteristics of diodes by means of a noise measurement. This effect appears immediately after external heating or after a long time on-state polarisation of diodes (without a significant temperature growth of the device in this case). Simultaneously with the reverse characteristics degradation, the noise power measured under a low voltage DC reverse bias is influenced. The first possible cause of these effects is connected with so called slow surface states (SSS). The SSS are caused by the presence of material process induced defects in the region of a p-n junction surface termination. SSS have fundamental impact on the reverse properties of diodes and their low frequency noise behaviour. The second cause is connected with so called volume structural defects (VSD). Their origin can be genetic (e.g. the presence of imperfection inside a silicon crystal) or they can be induced during technological processing. These defects are not repairable and under the reverse bias they will form so called hot spots that is, places with a local high current density. Rapid and operative measurements of the noise power can reveal latent instabilities of reverse characteristics invisible during a standard inspection process during the production.

This contribution investigates transient degradation of reverse characteristics of diodes. This effect appears immediately after external heating or after a long time on-state polarization of diodes (without significant temperature growth of the device in this case). Simultaneously with the reverse characteristics degradation, the noise power (measured under low voltage reverse bias) is influenced. Common factor (which acts on both reverse and noise properties of diodes) is connected with so called surface states. The slow surface states (SSS) are caused by presence of material process induced defects in the region of p-n junction surface termination. SSS have fundamental impact on reverse properties of diodes and their low frequency noise behavior. The kinetics of processes evoked by temperature heating of diodes is described in former study. Presented article extends interest also on changes induced by on-state polarization of diodes. Inherent connection between SSS on semiconductor-dielectric interface and reverse behavior of diodes has a fundamental importance for a good prognosis of function and reliability. Rapid and operative measurements of noise power can reveal latent instabilities of reverse characteristics (invisible during standard inspection process) in production.

This article analyses some connections between the reverse properties of silicon power diodes and their flicker noise under reverse bias conditions. It is shown that the presence of defects in the silicon surface near the pn-junction termination has a significant influence on both the reverse VA characteristics (RVAC) and the low-frequency power noise of diodes under reverse bias conditions. However, the inherent relationship between both effects becomes apparent only under special conditions and by the use of sophisticated measurements. The article presents a simple physical model, describing the behaviour and effect of surface structural defects on the silicon surfaces in connection with the reverse and noise properties of the tested diodes. The model identifies and consequently performs the mutual relationships with respect to the physical nature of the investigated defects. The most important practical contribution of this article is to identify a simple way to reveal latent defects of chip reverse properties undetected by the standard in-process inspection, and to rectify these defects by a simple operation process (e.g. chemical etching). This information has great importance for reasonable prognosis of devices' reliability and lifetime, especially before encapsulation and introduction on the market.

Článek se zabývá odhadem tepelných ztrát v sinusových, du/dt filtrech a tlumících RLC členech. Tyto filtry jsou používány pro zajištění bezpečného provozu a požadované úrovně EMC v soustavách motor - kabel - měnič. Jsou ukázány dva způsoby matematicky nenáročného výpočtu (postačuje program MS Excel) vedoucí ke shodným výsledkům. Výsledky článku mohou sloužit při praktických návrzích těchto obvodů, neboť autorovi je z praxe známo několik havárií způsobených nevhodným nastavením modulačního kmitočtu měniče a rezonančního kmitočtu filtru nebo nedostatečným dimenzováním.

Flicker noise is one of the most important quality indicators of electronic devices. Quality of passive elements is often evaluated according noise level, which is deeply affected by material ageing. Noise measurement can be used for lifetime prediction and probability of failures. Concerning semiconductor devices flicker noise is a criterion of used production technology. Influence of ageing is (contrary of passive devices) not so expressive. However, noise measurement allows to reveal latent defects of diode reverse properties that are unidentified by means of standard in-process inspection. Unlike other standard methods noise measurement requires perfect matching of analyzing circuit and investigated device. Used equipment and method deeply affect results of measurement.

Předkládaný článek je první ze tří dílů série článků, která je zaměřena na návrh a technologické postupy konstrukce pasivních odrušovacích filtrů. V úvodní části se autoři zabývají analýzou odchylek frekvenční charakteristiky filtru od požadovaného tvaru a příčinami jejich vzniku. Za tímto účelem byla použita metoda analýzy FTA. Článek upozorňuje na některé potenciální problémy při stavbě filtrů a přibližuje jejich možná řešení. Zároveň jsou zde popsány teoretické základy návrhu filtrů s odkazy na související normy a literaturu, čímž je vytvořen určitý podklad pro pochopení navazujících dílů série.

This paper describes the influence of setting control parameters of a differential evolutionary algorithm (DE) and the influence of adapting these parameters on the simulation of electric circuits and their components. Various DE algorithm strategies are investigated, and also the influence of adapting the controlling parameters (Cr, F) during simulation and the effect of sample size. Optimizing an equivalent circuit diagram is chosen as a test task. Several strategies and settings of a DE algorithm are evaluated according to their convergence to the right solution.

This article analyses some connections between reverse properties of silicon power diodes and their flicker noise under reverse bias. Common (connecting) aspect of these different angles of view is technological production process. The article presents a simple physical model describing a behavior and effect of surface structural defects in connection with a reverse and noise properties of tested diodes. Model defines and consequently performs mutual relations with respect to physical nature of the investigated defects. An interesting output of the model is the possibility to identify energy level and density of investigated defects.

Při výběru vhodného odrušovacího filtru je jedním ze základních kritérií kmitočtový průběh jeho vložného útlumu. Bývá uváděn výrobcem v katalogu a je měřen podle normy ČSN CISPR 17 v celé řadě konfigurací (symetrická, nesymetrická aj.), a to buď při jmenovité zátěži, nebo bez ní. Velmi často jsou však prezentovány průběhy změřené v takové konfiguraci, která neodpovídá zamýšlenému místu instalace filtru. Filtr potom může vykazovat výrazně odlišné chování, než jaké je uváděno a očekáváno. Dokonce, za určitých okolností může odrušovací filtr rušení zesilovat. Příspěvek popisuje základní možné konfigurace měření vložného útlumu filtrů a stručně pojednává o nutném vybavení (symetrizační transformátory, vazební členy). Čtenáři jsou dále vysvětleny pojmy (např. impedanční systém, útlum/přenos aj.) se kterými se může setkat při výběru filtru v katalogu.

Kniha se zabývá širším pohledem na oblast EMC, který kromě "klasických" kapitol zahrnuje i legislativní a ekonomické aspekty, postupy při návrhu, realizaci a uvádění zařízení do provozu. Dále se autoři podrobně věnovali novému termínu "pevné instalace", který je zanesen v nových normách Evropské unie pro oblast EMC. Důraz na popis aktuálního legislativního stavu a dalších aspektů EMC činí tuto publikaci jedinou svého druhu u nás.

V laboratoři katedry elektrotechnologie se k měření rušení a charakteristik odrušovacích filtrů používá analyzátor PMM 9010. Jedná se o přijímač rušení sloužící současně jako skalární analyzátor. Odrušovací filtry mohou být podle normy ČSN CISPR 17 měřeny v celé řadě konfigurací (symetrické,nesymetrické, asymetrické zapojení) a buď při jmenovité zátěži nebo bez ní. Příspěvek popisuje základní postupy a vybavení (symetrizační či vazební články) používané na katedře elektrotechnologie pro měření vlastností filtrů do kmitočtu 30 MHz.

Standards for the EMC that are valid in present describe measurements of conducted interferences in a frequency range from 150 kHz up to 30 MHz. Because of increasing the number of electronic equipment using SPMPs and due to the strict rules for EMC, this range seems to be narrow. Its expansion to the higher frequencies can be now clearly seen. In the future, the enlargement to lower frequency than 150 kHz can be expected. Interferences in this band make a significant part of the total undesired energy spreading using conducted ways. Described project solves issues of passive LC filters design considering frequencies about 80 kHz. The main point of view is the question of suitable magnetic material for choke's core. The solver of this project tries to find out manufacturers, that offered unusual materials, not only conventional ferrites, but iron-powder cores or metallicglasses materials that are useful in current band.

Příspěvek se zabývá využitím algoritmu diferenciální evoluce (DE) při hledání parazitních parametrů součástek odrušovacího EMC filtru. Zkoumaný filtr je popsán svým chováním, například průběhem vložného útlumu. Znalost parazitních parametrů součástek je nezbytný předpoklad správného přizpůsobení filtru v dané aplikaci, což přímo ovlivňuje účinnost odrušení. Na hledání parazitních parametrů součástek filtru je nahlíženo jako na optimalizaci, která svojí náročností vylučuje použití klasických postupů. Algoritmus DE patří ke skupině postupů, které se v poslední době používají jako velmi účinný nástroj pro optimalizaci v technické praxi.

Příspěvek se zabývá využitím algoritmu diferenciální evoluce (DE) při hledání parazitních parametrů součástek odrušovacího filtru. Zkoumaný filtr je popsán svým chováním, například průběhem vložného útlumu. Znalost parazitních parametrů součástek je nezbytný předpoklad správného přizpůsobení filtru v dané aplikaci, což přímo ovlivňuje účinnost odrušení. Na hledání parazitních parametrů součástek filtru je nahlíženo jako na optimalizační úlohu, která svojí náročností téměř vylučuje použití klasických postupů. DE algoritmus patří ke skupině evolučních algoritmů, které se v poslední době používají jako velmi účinný nástroj pro optimalizaci v technické praxi.

The series of valid standards ČSN EN 61000-4 for electromagnetic compatibility (EMC) describes measuring of conducted disturbance in frequency range from 150 kHz to 30 MHz. This band was established in the past. Regarded to increasing requirements on EMC and to the number of used switched sources, this band seems to be narrow. Some enlargement of this band is predictable and it will move both limits (low and upper). Submitted paper deals with designing disturbance suppressing chokes, the stress is paid on choosing magnetic materials for chokes' cores.

Současné normy pro EMC předepisují měření rušení po vedení v rozsahu 150 kHz až 30 MHz. Toto pásmo bylo určeno s ohledem na dříve používané spínané zdroje. Jejich pracovní frekvence se ale zvyšují a nová spektra rušení emitovaná do napájecí sítě běžně dostupné odrušovací filtry nezachytí. Vzhledem k nárokům na EMC a množství používaných spínaných zdrojů začíná být uvedené pásmo nedostačující a předpokládá se jeho rozšiřování k vyšším, ale i nižším kmitočtům. Předkládaný článek řeší problematiku návrhu odrušovacích filtrů pro kmitočty nižší než 150 kHz.

The aim of this work is to design and create a high-performance noise-suppressing filter for the three-phase artifical line impedance stabilization network (LISN). The goal is to check the influence of used components and construction on filter features. Necessary values of passive components were computed using PC and transfer function was simulated in the programme Filter Design 4.30. The most important thing is to choose suitable components with respect of their parasite features. The author had probed offered passive components and had tried to choose the capacitors with minimum parasitic inductance. Except from choosing components the author dealt with construction arrangement (shielding and placing components inside the cover). The final measurements at the finished filter verified the influence of the construction on the transfer function and filter's feature generally.

The aim of this project is to design and create a noise-suppressing filter for the three-phase artifical line impedance stabilization network. The artifical networks are commonly used for dividing equipments under test (EUTs) from distibution networks. The goal is to suppress noise, which can affect the measurement of electromagnetic compatibility of the EUTs. The project was solved with connection to author's disertation thesis called Optimum construction and technology of noise-suppressing EMC filters. The purpose was to check the numerically calculated transfer function and the influence of the used passive components in practise.