本文選題：絕緣柵雙極型晶體管　切入點(diǎn)：NPT型　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)以其高耐壓、低功率損耗、導(dǎo)通電阻小、大電流以及易于控制和驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域,是如今最重要的新型功率半導(dǎo)體器件之一。NPT型IGBT作為IGBT器件的杰出代表,具有高可靠性以及正溫度系數(shù),正成為IGBT的發(fā)展熱點(diǎn)。以及相比于國內(nèi)尚不成熟的FS型IGBT生產(chǎn)技術(shù),NPT型器件的工藝技術(shù)相對(duì)容易。因此,研究和優(yōu)化NPT型IGBT有極大的現(xiàn)實(shí)意義。本文分析了NPT型IGBT的基本工作原理,闡述了器件閾值電壓、導(dǎo)通電流、通態(tài)壓降、導(dǎo)通電阻、擊穿電壓以及關(guān)斷時(shí)間的基本分析表達(dá)式,揭示了這些電學(xué)特性參數(shù)與器件元胞尺寸和摻雜濃度分布的關(guān)系。同時(shí),本文旨在設(shè)計(jì)出一款具有較小柵極寄生電容的NPT型IGBT器件,使其能夠替代國外的同類產(chǎn)品。因此,在普通平面柵器件的基礎(chǔ)上,本文采用分柵方案來設(shè)計(jì)NPT型IGBTo根據(jù)理論分析,利用仿真軟件TSUPREM4、MEDICI分別對(duì)分柵NPT型IGBT的工藝流程和電學(xué)特性進(jìn)行了仿真研究。仿真內(nèi)容包括針對(duì)該分柵結(jié)構(gòu)的柵長、分柵距離、背面離子注入、JFET調(diào)整注入以及如何抑制寄生晶閘管效應(yīng)的研究,得出了最佳參數(shù)的范圍,為具體的器件設(shè)計(jì)提供依據(jù)。最后,在理論分析和仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上,依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo),完成了25A/1200V分柵NPT型IGBT器件的設(shè)計(jì),包括N-基區(qū)濃度和厚度、P阱結(jié)深、柵長、分柵距離、N+發(fā)射區(qū)橫向長度和濃度、背面離子注入劑量以及終端結(jié)構(gòu)的確定和工藝流程的設(shè)計(jì)。并且給出了芯片面積和版圖的設(shè)計(jì)方案,利用CADENCE軟件給出了具體的版圖設(shè)計(jì)。最終的仿真結(jié)果表明,該器件耐壓為超過1200V,閩值電壓為3.1V,等效輸入電容Cies、等效輸出電容Coes和轉(zhuǎn)移電容Cres分別為1222pF、132pF、22pF。與仙童公司的產(chǎn)品FGA25N120AND相比寄生電容明顯下降。
[Abstract]:IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is widely used in the field of power electronics due to its advantages of high voltage resistance, low power loss, small on-resistance, high current and easy control and drive. NPT type IGBT is one of the most important new power semiconductor devices. As an outstanding representative of IGBT devices, it has high reliability and positive temperature coefficient. It is becoming the hot spot of IGBT development, and compared with the immature FS type IGBT production technology, the process technology of NPT type device is relatively easy. It is of great practical significance to study and optimize NPT type IGBT. In this paper, the basic working principle of NPT type IGBT is analyzed, and the basic analytical expressions of threshold voltage, on-current, on-state voltage drop, on-resistance, breakdown voltage and turn-off time are described. The relationship between these electrical characteristic parameters and cell size and dopant concentration distribution is revealed. At the same time, a NPT type IGBT device with small gate parasitic capacitance is designed to replace the similar products from abroad. On the basis of common planar gate devices, this paper designs NPT type IGBTo based on theoretical analysis. Simulation software TSUPREM4 / Medici is used to simulate the process flow and electrical characteristics of NPT type IGBT. In this paper, the optimal parameters range of JFET and how to suppress the parasitic thyristor effect are obtained. Finally, on the basis of theoretical analysis and simulation results, the optimal parameters are obtained. The design of 25A / 1200V gate NPT IGBT device has been completed, including the concentration and thickness of N base region, the depth of P well junction, the gate length, the transverse length and concentration of N emission region. The design scheme of chip area and layout is given, and the specific layout design is given by using CADENCE software. The final simulation results show that, The device has a withstand voltage of more than 1200 V, a threshold voltage of 3.1 V, an equivalent input capacitor Cies, an equivalent output capacitance of Coes and a transfer capacitance of Cres of 1222 pFU 132pFN 22pF, respectively. The parasitic capacitance of the device is obviously decreased compared with Xiantong's product FGA25N120AND.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN322.8

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