4500V SPT IGBT 动静态损耗优化

本文关注高压IGBT动静态性能的优化。对4500V增强型平面IGBT进行研究,该结构在阴极一侧具有载流子存储层。其中垂直结构采用软穿通(SPT)结构,顶部结构采用增强型平面结构,该结构被称为SPT IGBT,仿真结果显示4500V SPT 具有软关断波形,与SPT结构相比提升了导通压降和关断损耗之间的折衷关系。同时,对不同载流子存储层掺杂浓度对动静态性能的影响也进行了研究,以此来优化SPT IGBT的动静态损耗。     

浅谈固体继电器的接通和关断电压

比较电磁继电器与固体继电器的异同,对各自的相关参数和概念做了粗浅分析,探讨固体继电器接通电压和关断电压等参数的质疑与争议,对相关问题提出了看法和建议.     

A 3D SiC MOSFET with poly-silicon/SiC heterojunction diode

A three-dimensional(3D)silicon-carbide(SiC)trench metal-oxide-semiconductor field-effect transistor(MOSFET)with a heterojunction diode(HJD-TMOS)is proposed and studied in this work.The SiC MOSFET is characterized by an HJD which is partially embedded on one side of the gate.When the device is in the turn-on state,the body parasitic diode can be effectively controlled by the embedded HJD,the switching loss thus decreases for the device.Moreover,a highly-doped P+layer is encircled the gate oxide on the same side as the HJD and under the gate oxide,which is used to lighten the electric field concentration and improve the reliability of gate oxide layer.Physical mechanism for the HJD-TMOS is analyzed.Comparing with the conventional device with the same level of on-resistance,the breakdown voltage of the HJD-TMOS is improved by 23.4%,and the miller charge and the switching loss decrease by 43.2%and 48.6%,respectively.     

A novel TFS-IGBT with a super junction floating layer

A novel trench field stop (TFS) IGBT with a super junction (SJ) floating layer (SJ TFS-IGBT) is proposed.This IGBT presents a high blocking voltage (>1200 V), low on-state voltage drop and fast turn-off capability. A SJ floating layer with a high doping concentration introduces a new electric field peak at the anode side and optimizes carrier distribution, which will improve the breakdown voltage in the off-state and decrease the energy loss in the on-state/switching state for the SJ TFS-IGBT. A low on-state voltage (VF) and a high breakdown voltage (BV) can be achieved by increasing the thickness of the SJ floating layer under the condition of exact charge balance. A low turn-off loss can be achieved by decreasing the concentration of the P-anode. Simulation results show that the BV is enhanced by 100 V, VF is decreased by 0.33 V (at 100 A/cm2) and the turn-off time is shortened by 60%, compared with conventional TFS-IGBTs.     

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.     

一种新型低阳极发射效率快恢复二极管

采用局域注入p型离子和高温推结的方式得到高掺杂p+区和低掺杂p-区规律性的浓度梯度变化,研制了新型低阳极发射效率二极管.与常规结构二极管相比,此结构在工艺实现时,制造工艺条件、掩模版数量保持不变,只需设计高掺杂p+区和低掺杂p-区层次掩模版图案,即可实现发射极注入效率的自调节,制造成本低;其反向恢复电荷减小了30.4％,反向电流峰值减小了29％,反向电压峰值减小了6.7％,反向恢复时间减小了11％,开关器件的工作损耗降低,折衷性能更加优良;在VF基本相当的情况下,反向恢复软度特性更优.     

0.25 μm介质栅与非介质栅PHEMT的性能比较分析

为提高PHEMT性能,从改进PHEMT结构出发,采用介质栅器件结构,研制了0.25 μm介质栅PHEMT器件,并与Win公司生产的0.25 μm非介质栅器件的频率特性、开态击穿和功率特性进行了比较.介质栅器件选用了合适的栅凹槽的宽度和掺杂浓度,提高了开态击穿电压.这意味着可以在更高的电压下稳定的工作而不被烧毁.0.25 μm介质栅器件的截止频率达到19 GHz,开态击穿电压超过11 v,功率密度超过1 W/mm,表现出了较非介质栅器件更为优异的功率性能.最后分析了介质栅器件的优势和有待改进的方向,优化器件栅凹槽形貌,调整栅帽下面介质的厚度,使用双场板结构等可以进一步提升器件性能.     

栅极宽度对IGBT通态压降的影响

利用silvaco软件对PT-IGBT的I-V特性进行了仿真,在同一电流密度下提取了不同栅极宽度IGBT的通态压降,得到了通态压降随栅极宽度变化的曲线,该仿真结果与理论分析一致。对于相同的元胞尺寸,栅极宽度存在最优值,只要合理地选取,可以有效地降低通态压降。     

一种SOI nLDMOS的开态特性设计

介绍了一种用于高压电平位移电路的SOInLDMOS器件结构,对其漂移区、sink区、bufferN场板等结构参数进行器件工艺联合仿真,并分析相关结构参数对开态特性的影响,用于指导高压MOS器件尤其是基于SOI的横向MOS器件的开态特性设计。采用优化的参数,器件关态击穿电压为296V,开态击穿电压为265V,比导通电阻为60．9mΩ·cm^2。     

影响碳化硅光导开关最小导通电阻的因素

采用2种电阻率的钒掺杂半绝缘6H-SiC晶体制作了横向结构的碳化硅光导开关,分别加载不同的偏压、并使用不同能量的激光触发开展光电导实验。对比实验结果表明:高暗态电阻率的碳化硅光导开关耐压特性远远优于低暗态电阻率的碳化硅光导开关,耐压从4 kV提高到了32 kV;但高暗态电阻率的开关导通电阻也较大,导通电阻为k量级,比低暗态电阻率的碳化硅光导开关的近百增加了1个量级。通过激光脉冲波形与光电流脉冲波形的比较,估算出2种光导开关的载流子寿命和载流子迁移率。将这2个参数与砷化镓光导开关进行比较,推导出低的载流子迁移率是碳化硅开关导通电阻较大的主要原因。在实验和分析的基础上改进设计,研制出了工作电压超过10 kV、工作电流超过90 A的碳化硅光导开关。