缓变场终止型IGBT特性的仿真

为改善场终止型绝缘栅双极型晶体管(FS-IGBT)电场终止能力的可靠性,对一种缓变场终止型绝缘栅双极型晶体管(GFS-IGBT)的特性进行了仿真研究.与传统FS-IGBT的突变场终止层不同,GFS-IGBT所具有的场终止层是一个厚度为20～30 μm,峰值掺杂浓度为3.5×1015 cm-3的缓变场终止层.采用Sentaurus TCAD仿真软件,对600 V/20 A的FS-IGBT与GFS-IG-BT和非穿通型IGBT (NPT-IGBT)在导通、开关和短路特性等方面进行了对比仿真.结果表明,在给定的参数范围内,GFS-IGBT具有更低的通态压降、良好的关断电压波形以及更小的关断能耗.最后介绍了一种针对600 V IGBT器件的缓变场终止结构的制造技术.     

功率快恢复二极管反偏ESD与雪崩耐量仿真

静电放电(ESD)失效与雪崩耐量是影响高压硅功率二极管,如功率快恢复二极管(FRD)性能及可靠性的两个主要因素.利用ISE TCAD平台,采用简明分段线性电流源,分别对功率FRD反偏ESD过程及雪崩耐量进行仿真计算,讨论二者的共性和差异.结果表明,器件外端电压波形均经历过冲、负阻振荡和平缓发展三个阶段,对应器件内部的“过耗尽”、雪崩注入、载流子及电场分布涨落等复杂变化,差别在于反偏ESD造成的电压过冲更明显,且出现典型的U型电场分布,与雪崩耐量相比对器件造成的影响更剧烈.为改善器件在反偏ESD和雪崩耐量测试过程中的电流丝化问题,考察了结构参数对器件抗ESD能力和雪崩耐量的影响,发现提高n-区掺杂浓度和阳极表面浓度对提高抗ESD能力和雪崩耐量起到促进作用.     

线性掺杂缓冲层结构VDMOSFET抗单粒子烧毁的仿真研究

通过引入缓冲层可以提高器件的二次击穿电压,进而提高器件发生单粒子烧毁的阈值电压。本文提出采用线性掺杂缓冲层结构。通过准静态雪崩仿真和重离子入射仿真发现,优化线性缓冲层是必要的,对于固定厚度的缓冲层,具有线性掺杂缓冲层结构的器件发生单粒子烧毁时的内部电场强度明显小于优化后的恒定掺杂缓冲层结构的器件。二次击穿电压与寄生晶体管的开启电流明显比具有优化后的恒定掺杂缓冲层结构的器件高。因此,线性掺杂缓冲层结构的器件在抗单粒子烧毁方面更有优势。     

150 V电荷耦合功率MOSFET的仿真

电荷耦合是适用于中等电压功率MOSFET设计的先进设计理念之一,该设计思想旨在改善器件阻断态下的电场分布从而提高耐压。针对150 V电荷耦合功率MOSFET双外延漂移区(分别为电荷耦合区N1区与非耦合区N2区)电荷匹配问题进行了仿真优化研究,结果表明:N1区和N2区浓度分别约为2.2×1016cm-3和4.5×101 5cm-3时,电场分布更加均匀、耐压更高,且比导通电阻仅为1.306 mΩ·cm2,即击穿电压和比导通电阻间达到最佳匹配。同时,还针对器件不同槽深进行了静态特性和动态特性的整体仿真优化研究,结果表明:槽深在7~9μm时,器件满足耐压要求且击穿电压随双漂移区掺杂浓度匹配程度变化较为平稳。最后,优化结构与传统槽栅MOSFET相比,其栅漏电容和栅电荷大幅降低,器件优值降低了约87%。     

600 V高性能新型槽栅内透明IGBT的仿真

载流子存储层(CSL)可以改善IGBT导通态载流子分布,降低通态电压,但影响器件阻断能力。为了平衡载流子存储层对器件阻断能力的影响,在器件n-漂移区中CSL层处近哑元胞侧设计了p型埋层(p BL),利用电荷平衡的理念改善电场分布,并借助ISE-TACD仿真工具,依托内透明集电极(ITC)技术,研究了600 V槽栅CSL-p BL-ITC-IGBT电特性。为了保证器件承受住不小于10μs的短路时间,设置了哑元胞。在此基础上,仿真分析了CSL和p BL的尺寸及掺杂浓度、哑元胞尺寸等对器件特性的影响,并与普通的槽栅ITC-IGBT、点注入局部窄台面(PNM)ITC-IGBT的主要技术指标进行对比,给出CSL和p BL的尺寸及掺杂浓度的最佳范围。结果表明,合理的参数设计可使CSL-p BL-ITC-IGBT具有更优的技术折中曲线。