1200 V IGBT的性能优化

主要研究1200 V IGBT器件的性能优化方法。理论分析了IGBT结构参数与其主要性能的关系,按1200 V IGBT器件击穿电压和饱和压降的设计要求,重点讨论了FS、JFET注入、延长JFET退火时间和减小Pring注入剂量对IGBT器件击穿电压(BV)和饱和压降(Vdson)的影响,最终得到了满足器件设计要求的最佳性能参数。     

650 V IGBT横向变掺杂终端的设计与优化

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)器件的最重要参数之一是击穿电压(Breakdown Voltage, BV),影响IGBT器件BV的因素包括：平面工艺PN结扩散终端、界面电荷、杂质在Si、SiO₂中具有不同分凝系数等。其中影响IGBT器件耐压能力的重要因素是芯片终端结构的设计,终端区耗尽层边界的曲率半径制约了BV的提升,为了能够减少曲率效应和增大BV,可以采取边缘终端技术。通过Sentaurus TCAD计算机仿真软件,采取横向变掺杂(Variable Lateral Doping, VLD)技术,设计了一款650 V IGBT功率器件终端,在VLD区域利用掩膜技术刻蚀掉一定的硅,形成浅凹陷结构。仿真结果表明,这一结构实现了897 V的耐压,终端长度为256μm,与同等耐压水平的场限环终端结构相比,终端长度减小了19.42%,且最大表面电场强度为1.73×10⁵ V/cm,小于硅的临界击穿电场强度(2.5×10⁵ V/cm);能在极大降低芯片面积的同...     

3300V沟槽栅IGBT的衬底材料的优化设计

使用TCAD仿真软件对3 300 V沟槽栅IGBT的静态特性进行了仿真设计.重点研究了衬底材料参数、沟槽结构对器件击穿电压、电场峰值等参数的影响.仿真结果表明,随衬底电阻率增加,击穿电压增加,饱和电压和拐角位置电场峰值无明显变化;随衬底厚度增加,击穿电压增加,饱和电压增加,拐角位置电场峰值降低;随沟槽宽度增加,饱和电压降低,击穿电压和拐角位置电场峰值无明显变化;随沟槽深度增加,饱和电压降低,击穿电压无明显变化,拐角位置电场峰值增加;随沟槽拐角位置半径增加,击穿电压和饱和电压无明显变化,但拐角位置电场峰值减小.选择合适的衬底材料对仿真结果进行实验验证,实验结果与仿真结果相符,制备的IGBT芯片击穿电压为4 128 V,饱和电压约为2.18 V.     

辐照对IGBT特性的影响

本文简述了中子辐照对ＩＧＢＴ特性的影响，给出了器件在中国辐射注量高达１０＾１３ｎ／ｃｍ＾２时的实验结果。实验发现，随着中子注量的增加，开关进行缩短，阈值电压漂移。对于所研究的注量范围，观察的效应是由于ＩＧＢＴ少子寿命减少造成的，而不是由于有效掺杂浓度变化所致。     

辐照对IGBT特性的影响

阐述了中子辐照对ＩＧＢＴ特性的影响，给出了器件在中子辐射注量高达１０＾１３ｎ／ｃｍ＾２时的实验结果。实验发现，随着中子注量的增加，开关时间缩短，阈值电压漂移。对于所研究的注量范围，所观察的效应是由于ＩＧＢＴ少子寿命减少造成的，而不是由于有效掺杂浓度变化所致。     

功率VDMOS器件设计及研制

分析了VDMOS器件击穿电压、导通电阻、阈值电压和开关特性等主要性能指标的影响因素,并借助半导体模拟仿真软件Sentaurus对VDMOS器件进行建模,调整器件各个结构参数,提出采用P体区间厚氧化层方法提高器件的动态特性,获得满足设计目标要求的器件电性能参数,最终形成器件设计版图,并依此在现有生产线上进行工艺流片,根据流片结果进一步优化调整设计参数,最终获得一款击穿电压400 V、导通电阻0.45?、阈值电压2.5 V、开关特性较好的功率VDMOS器件。     

IGBT特性的辐照效应

本文简述了中子辐照对IGBT特性的影响，给出了器件在中子辐射注量高达10（13）n／cm2时的实验结果。实现发现，随着中子注量的增加，开关时间缩短，阀值电压漂移。对于所研究的注量范围，所观察的效应是由于IGBT少子寿命减少造成的，而不是由于有效掺杂浓度变化所致。     

离线式IGBT开关特性测试技术综述

IGBT功率开关器件在现代大功率变换器中的应用非常广泛,其开关特性直接影响到变换器的性能。获得实际工作条件下的开关器件特性具有重要的实用价值。如何准确测量并记录器件开关过程自然成为研究热点。文中分析了IGBT器件开关特性测试中的关键问题,总结了大功率下电流电压测量的各种方法,并对国内外的开关特性测试研究现状进行了分类和总结。     

用于工业的具有高频开关性能的1200V IGBT模块

带有平面门极和场止结构的新型IGBT器件已应用到最新研发的1200V模块上。与沟槽门极IGBT模块降低大约20%的功率损耗。     

Trench SJ IGBT 的仿真研究

本文对沟槽型超结绝缘栅双极晶体管(trench SJ IGBT)进行了全面的分析,并通过Sentaurus TCAD仿真软件将其与沟槽型场截止绝缘栅双极晶体管(trench FS IGBT)进行了详尽的对比,仿真结果显示,在相同的条件下与trench FS IGBT 相比,trench SJ IGBT 的击穿电压提高了100 V,饱和导通压降降低了0.2 V,关断损耗减少了50%。最后,文章研究了电荷不平衡对trench SJ IGBT 的动静态参数的影响。对各参数和它们对电荷不平衡的灵敏度之间的折中进行了讨论。     

1300V,1600V高压IGBT的实现

本文基于理论分析和实验研究，分别在ｎ＾－／ｎ＾＋／ｐ＾＋外延和硅单晶基片上实现了１３００Ｖ及１６００Ｖ高压ＩＧＢＴ；并进而证实了获得高压ＩＧＢＴ相互联的关键技术──器件纵向横向几何结构及工作参数的准确计量优化，低缺陷密度高性能厚层硅材料的工艺生长技术，和复合高压终端结构的叠加组合形成。     

具有双栅的部分薄膜LIGBT

本文提出一种新型的具有阴极栅和阳极栅的部分薄膜SOI LIGBT。正向导通状态下,当负压加在阳极栅上时,器件具有低导通电阻。在阻断状态下,阴极栅和阳极栅分别短接在发射极和收集极,导致高开关速度。而且,漂移区以下部分硅衬底的刻蚀避免在埋氧层下界面聚集电荷,这使得电势线可以释放到薄膜以下,因而产生高击穿电压。再有,无衬底-漏极电容使器件具有高开关速度。最后,漂移区横向均匀和线形掺杂相结合的浓度分布不仅提高了耐压,而且降低了导通电阻。与常规LIGBT相比,提出的新结构展示了高电流容量,高开关速度,低导通电阻和2倍的击穿电压。     

Double gate lateral IGBT on partial membrane

A new SOI LIGBT(lateral insulated-gate bipolar transistor)with cathode-and anode-gates on partial mem-brahe is proposed.A low on-state resistance is achieved when a negative voltage is applied to the anode gate.In the blocking state,the cathode gate is shortened to the cathode and the anode gate is shortened to the anode,leading to a fast switching speed.Moreover,the removal of the partial silicon substrate under the drift region avoids collecting charges beneath the buried oxide,which releases potential lines below the membrane,yielding an enhanced breakdown voltage(BV).Furthermore,a high switching speed is obtained due to the absence of the drain-substrate capacitance.Lastly,a combination of uniformity and variation in lateral doping profiles helps to achieve a high BV and low special on-resistance.Compared with a conventional LIGBT,the proposed structure exhibits high current capability,low special on-resistance,and double the BV.     

IGBT及其子器件的几种失效模式

本文通过案例和实验，概述了叫种IGBT及其子器件的失效模式：MOS栅击穿、IGBT—MOS阈值电压漂移、IGBT有限次连续短路脉冲冲击的积累损伤和静电保护用高压npn管的硅熔融。     

雪崩击穿条件下4.5kV IGBT器件的背面优化研究

The static avalanche breakdown behavior of 4.5 kV high-voltage IGBT is studied by theory analysis and experiment. The avalanche breakdown behaviors of the 4.5 kV IGBTs with different backside structures are investigated and compared by using the curve tracer. The results show that the snap back behavior of the breakdown waveform is related to the bipolar PNP gain, which leads to the deterioration of the breakdown voltage. There are two ways to optimize the backside structure, one is increasing the implant dose of the N C buffer layer, the other is decreasing the implant dose of the P C collector layer. It is found that the optimized structure is effective in suppressing the snap back behavior and improving the breakdown characteristic of high voltage IGBT.     

IGBT模块的一种驱动设计

介绍了光电耦合器件HCPL-3120和HCPL-316J的功能和特点.三相电压型逆变器的每相均由上下桥臂(两个IGBT)组成,采用HCPL-3120驱动IGBT模块(BSM10GP120)的上桥臂,采用HCPL-316J驱动IGBT模块的下桥臂.HCPL-316J具有过流、欠压保护功能,能对IGBT模块提供及时保护.实验证明,该驱动方法具有较高的稳定性和良好的保护功能.     

一种低功耗4H-SiC IGBT的仿真研究

针对传统沟槽栅4H-SiC IGBT关断时间长且关断能量损耗高的问题,文中利用Silvaco TCAD设计并仿真了一种新型沟槽栅4H-SiC IGBT结构。通过在传统沟槽栅4H-SiC IGBT结构基础上进行改进,在N ⁺缓冲层中引入两组高掺杂浓度P区和N区,提高了N ⁺缓冲层施主浓度,折中了器件正向压降与关断能量损耗。在器件关断过程中,N ⁺缓冲层中处于反向偏置状态的PN结对N ^-漂移区中电场分布起到优化作用,加速了N ^-漂移区中电子抽取,在缩短器件关断时间和降低关断能量损耗的同时提升了击穿电压。Silvaco TCAD仿真结果显示,新型沟槽栅4H-SiC IGBT击穿电压为16 kV,在15 kV的耐压设计指标下,关断能量损耗低至4.63 mJ,相比传统结构降低了40.41%。     

一种具有低寿命区的阳极短路4H-SiC IGBT仿真研究

传统沟槽型4H-SiC IGBT中关断损耗较大,导通压降和关断损耗难以折中。针对此问题,文中提出了发射极区域含有低寿命区,同时集电区引入阶梯型集电极的LS-IGBT结构来降低器件的关断损耗。通过同时控制集电区注入的空穴载流子数量和P基区载流子的寿命,在基本维持器件击穿电压的前提下降低器件的关断损耗。使用Silvaco Atlas器件仿真工具对改进结构进行特性仿真分析,并与传统结构进行对比。仿真结果显示,在击穿电压一致的前提下,新结构的关断损耗提升了84.5 %,同时器件的导通压降降低了8.3 %,证明了设计思想的正确性。