本文關(guān)鍵詞： 溝槽IGBT 平面溝槽IGBT 正向?qū)▔航?關(guān)斷損耗 折中關(guān)系　出處：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：碳化硅(SiC)是一種具有寬的禁帶、高擊穿電壓、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速率以及高抗輻照的半導(dǎo)體材料,近年來由于它的優(yōu)良特性而受到越來越多的關(guān)注。SiC功率器件因?yàn)楹艽蟪潭鹊慕档土穗娮釉O(shè)備的功耗而被稱為“綠色能源”器件,推動了“新能源革命”的發(fā)展。其在高性能雷達(dá)、現(xiàn)代軍事電子通訊系統(tǒng)、宇航系統(tǒng)、電磁武器推進(jìn)系統(tǒng)以及電力電子設(shè)備、太陽能發(fā)電、高鐵牽引設(shè)備、混合動力等國防和民用領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。SiC絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是一種MOS電壓控制和雙極晶體管相結(jié)合的復(fù)合器件,具有MOSFET的高輸入阻抗、控制功率小、易于驅(qū)動等優(yōu)點(diǎn),也具有雙極晶體管的大電流密度、低飽和壓降的特點(diǎn)�；谶@些優(yōu)點(diǎn)將SiC IGBT器件主要應(yīng)用于軌道交通、光伏和風(fēng)能綠色能源、智能電網(wǎng)、移動通信等領(lǐng)域。本文使用Sentaurus TCAD模擬仿真軟件主要對SiC溝槽IGBT漂移區(qū)的電子分布、正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗以及兩者的折中關(guān)系進(jìn)行了研究分析,取得的成果如下:1、對4H-SiC溝槽IGBT器件基本特性進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果表明溝槽IGBT相比平面IGBT正向?qū)▔航敌×艘槐?這是由于在溝槽IGBT中消除了JFET電阻以及漂移區(qū)中高的電子積累區(qū)導(dǎo)致了較強(qiáng)的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。但同時溝槽IGBT的關(guān)斷時間相比平面IGBT增大了約10%。2、研究了4H-SiC溝槽IGBT發(fā)射極寬度和溝槽深度對該器件正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的影響。研究發(fā)現(xiàn),無論發(fā)射極寬度還是溝槽深度的變化對漂移區(qū)中電子分布、正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗以及兩者的折中關(guān)系都有影響。發(fā)射極寬度的變化對正向?qū)▔航档挠绊懜?而溝槽深度的變化對關(guān)斷損耗的影響較大。在發(fā)射極寬度和溝槽深度比值相同的條件下,當(dāng)發(fā)射極寬度越窄,溝槽越深得到的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的折中更好。在發(fā)射極寬度和溝槽深度比值不相同的條件下,當(dāng)發(fā)射極寬度越寬,溝槽越淺得到的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的折中更好�？傊�,不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)都會使溝槽IGBT漂移區(qū)中的載流子濃度發(fā)生變化,從而影響正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗及兩者的折中關(guān)系的變化。漂移區(qū)中載流子濃度的變化對正向?qū)▔航档挠绊戄^大,這不失為以后研究正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗折中關(guān)系提供了方向。3、提出一種結(jié)合溝槽和平面的新結(jié)構(gòu)4H-SiC平面溝槽IGBT,并在基本結(jié)構(gòu)參數(shù)相同時對溝槽IGBT、平面溝槽IGBT和平面IGBT的漂移區(qū)中的電子濃度、正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗以及兩者的折中關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果表明,三種結(jié)構(gòu)在具有相同摻雜的情況下,平面溝槽IGBT的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗都處于兩者之間。相比于平面IGBT,平面溝槽IGBT的正向?qū)▔航禍p小了26.2%,與溝槽IGBT結(jié)構(gòu)相比平面溝槽IGBT的關(guān)斷損耗減小了2.05%。
[Abstract]:Sic is a semiconductor material with wide bandgap, high breakdown voltage, high thermal conductivity, high electron saturation rate and high radiation resistance. In recent years, more and more attention has been paid to the .SiC power device because of its excellent characteristics, which has greatly reduced the power consumption of electronic equipment, so it is called "green energy" device. Promoting the development of the "New Energy Revolution" in high-performance radar, modern military electronic communication systems, aerospace systems, electromagnetic weapons propulsion systems and power electronics equipment, solar power generation, high-speed rail traction equipment, Sic insulated gate bipolar transistor (IGBT) is a combination of MOS voltage control and bipolar transistor. It has high input impedance of MOSFET and low control power. It also has the advantages of high current density and low saturation voltage drop of bipolar transistors. Based on these advantages, SiC IGBT devices are mainly used in rail transit, photovoltaic and wind energy green energy, smart grid, etc. In this paper, Sentaurus TCAD simulation software is used to analyze the electronic distribution, forward on-off pressure drop, turn-off loss and the eclectic relationship of IGBT drift region in SiC grooves. The results obtained are as follows: 1. The basic characteristics of 4H-SiC grooves IGBT devices are simulated and studied. The simulation results show that the grooved IGBT is twice as small as the planar IGBT forward on-drop. This is due to the elimination of the JFET resistance in the grooved IGBT and the high electron accumulation in the drift region, which leads to a strong conductivity modulation effect. But at the same time, the turn-off time of the grooved IGBT is increased by about 10. 2 compared with the plane IGBT. The 4H-SiC grooves IGBT generation is studied. The effects of emitter width and groove depth on the forward on-pressure drop and turn-off loss of the device are investigated. Both the width of emitter and the depth of grooves have an effect on the electron distribution, forward conduction pressure drop, turn-off loss and the eclectic relationship in the drift region, and the change of emitter width has a greater influence on the forward conduction pressure drop. When the ratio of emitter width to groove depth is the same, the narrower the emitter width is, The deeper the groove, the better the trade-off between forward conduction pressure drop and turn-off loss. When the emitter width and groove depth ratio are different, the wider the emitter width, The shallower the groove, the better the compromise between forward on-pressure drop and turn-off loss. In short, different structural parameters will change the carrier concentration in the IGBT drift region of the grooves. Thus, the change of forward conduction pressure drop, turn-off loss and the compromise between them are affected greatly by the change of carrier concentration in drift region. This provides a direction for further study on the compromise between forward on-pressure drop and turn-off loss. A new structure, 4H-SiC planar grooves, is proposed to combine grooves with plane, and the grooves and planar grooves IGBT with the same basic structure parameters are proposed. And the electron concentration in the drift region of planar IGBT, The forward conduction pressure drop, turn-off loss and the compromise between them are studied. The results show that the three structures have the same doping, The forward on-pressure drop and turn-off loss of planar grooved IGBT are both between them. Compared with plane IGBT, the forward on-off pressure drop of planar grooved IGBT is reduced by 26.2, and the turn-off loss of planar grooved IGBT is reduced by 2.05 compared with the structure of grooved IGBT.
【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】：2015
【分類號】：TN322.8;TN304.24

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