本文選題：SiC + IGBT��； 參考：《西安電子科技大學(xué)》2014年碩士論文

【摘要】：由于碳化硅(SiC)材料具有大的禁帶寬度、高熱導(dǎo)率、高臨界擊穿場強(qiáng)、高飽和漂移速度等優(yōu)點,使得碳化硅絕緣柵雙極晶體管(SiC IGBT)擁有許多Si基IGBT無法比擬的優(yōu)良特性,更適合應(yīng)用于高頻、高壓、輻照環(huán)境中,在智能電網(wǎng)、艦載激光武器、電動車輛、航天等領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。對SiC IGBT的研究已成為當(dāng)前微電子技術(shù)領(lǐng)域的熱點和前沿。目前,SiC IGBT制備技術(shù)為歐美發(fā)達(dá)國家所壟斷,國內(nèi)相關(guān)的研究起步晚,研發(fā)自主知識產(chǎn)權(quán)的SiC IGBT器件意義重大。在此背景下,本文結(jié)合SiC IGBT的工作原理與解析模型,重點開展了SiC IGBT的設(shè)計與仿真研究工作,并提出了相關(guān)新型制備工藝方法,為下一步實驗制備SiC IGBT做好理論準(zhǔn)備工作。針對上述SiC IGBT的研究工作,本文第一歸納了SiC材料優(yōu)良的物理電學(xué)特性,以及SiC IGBT器件所具有的優(yōu)勢,接著對IGBT的種類與其發(fā)展歷程做出了介紹,然后著重介紹了本文所要設(shè)計仿真的p溝道SiC IGBT在世界上的發(fā)展研究近況,并做出了相關(guān)總結(jié)。第二,分析了SiC IGBT的主要結(jié)構(gòu)特點與工作機(jī)理,對其電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)做了重要闡述。接著,對SiC IGBT的開啟電壓、導(dǎo)通特性、開關(guān)特性進(jìn)行了理論分析推導(dǎo),并建立了導(dǎo)通電流、擊穿電壓等主要電學(xué)參數(shù)的解析模型。然后,研究了SiC IGBT中的閂鎖效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理,并提出了一些抑制閂鎖效應(yīng)的常用方法。第三,針對SiC IGBT的制備提出了一種無需外延工藝,利用SiC襯底充當(dāng)耐壓層,通過離子注入方法制備SiC p-IGBT的新型方法,并給出了具體實施方法。第四,選取4H-SiC做為本文制備p-IGBT的材料,依據(jù)SiC IGBT的工作特性和解析模型,對器件各個區(qū)域的摻雜濃度,尺寸寬度、厚度分別做出了分析與選擇,建立起了供計算機(jī)仿真使用的SiC IGBT結(jié)構(gòu)參數(shù)模型。本文最后,研究了Sentaurus TCAD工具中的SiC材料的物理模型,然后重點對SiC IGBT的開啟、導(dǎo)通特性、擊穿特性、開關(guān)特性以及溫度特性進(jìn)行了仿真研究,深入分析了載流子、電場等在器件中的分布情況及影響。根據(jù)仿真結(jié)果,本文所設(shè)計的SiC IGBT的正向擊穿電壓為12000V,阻性關(guān)斷時間為120ns,-25V柵壓下的比導(dǎo)通電阻僅為6.2mΩ·cm2,均已達(dá)到預(yù)期理論目標(biāo)。
[Abstract]:Because the silicon carbide (SiC) material has the advantages of large band width, high thermal conductivity, high critical breakdown field strength and high saturation drift speed, the silicon carbide insulated gate bipolar transistor (SiC IGBT) has many excellent properties compared with Si based IGBT. It is more suitable for application in high frequency, high pressure, irradiation environment, in smart grid, shipborne laser weapon, The research on SiC IGBT has played an important role in the field of aerospace and other fields. It has become a hot spot and frontier in the field of microelectronic technology. At present, SiC IGBT preparation technology is monopolized by developed countries in Europe and America. Domestic related research is late, and the research and development of SiC IGBT devices with independent intellectual property rights is of great significance. In this context, this paper combines with SiC IG. The working principle and analytical model of BT, focus on the design and Simulation of SiC IGBT, and put forward a new process method to prepare SiC IGBT for the next experiment. Aiming at the research work of the SiC IGBT, this paper first summarizes the excellent physical and electrical characteristics of SiC materials, and the SiC IGBT apparatus. The advantages of IGBT are introduced, then the development of P channel SiC IGBT, which is designed and simulated in this paper, is introduced, and the related summary is made. Second, the main structure and working mechanism of SiC IGBT are analyzed, and the conductance modulation effect is important. Then, the opening voltage, the conduction characteristics and the switching characteristics of SiC IGBT are theoretically derived, and the analytical models of the main electrical parameters such as the conduction current and the breakdown voltage are established. Then, the mechanism of the latch effect in the SiC IGBT is studied, and some common methods to suppress the latch effect are proposed. Third, for SiC IGBT A new method of preparing SiC p-IGBT by ion implantation by SiC substrate without the need of epitaxial process is presented. The specific implementation method is given. Fourth, 4H-SiC is selected as the material for preparing p-IGBT. Based on the working characteristics and analytical model of SiC IGBT, the doping concentration and size of each region of the device are measured. The width and thickness are analyzed and selected respectively, and the SiC IGBT structure parameter model for computer simulation is set up. Finally, the physical model of the SiC material in the Sentaurus TCAD tool is studied, and then the simulation research on the opening, the conduction characteristic, the breakdown characteristic, the switching characteristic and the temperature characteristic of the SiC IGBT is emphasized. The distribution and influence of the carrier and electric field in the device are analyzed. According to the simulation results, the forward breakdown voltage of SiC IGBT is 12000V, the blocking time is 120ns, and the specific resistance of the -25V gate is only 6.2m Omega cm2, all of which have reached the expected theoretical goal.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN322.8;TN304.24

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本文編號：1983869