【摘要】：單片智能功率芯片將邏輯電路、信號處理電路、驅(qū)動電路、保護(hù)電路及功率器件等集成在一塊芯片上,可實現(xiàn)對電機(jī)的高效、快速、準(zhǔn)確及可靠控制,應(yīng)用前景非常廣泛。絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管(Silicon On Insulator Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,SOI-LIGBT)具有電流能力強、擊穿電壓高及易于柵控等優(yōu)點,是單片智能功率芯片中的核心器件。SOI-LIGBT的關(guān)斷損耗和短路能力決定了單片智能功率芯片的整體功耗及可靠性,因此,研究并設(shè)計具有低關(guān)斷損耗、強短路能力的SOI-LIGBT具有重要意義。本文基于所在課題組2015年提出的平面柵U型溝道厚膜SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu),對其關(guān)斷和短路過程進(jìn)行了更進(jìn)一步的測試和仿真分析,重點分析了平面柵U型溝道器件的關(guān)斷特性和短路特性,提出了一種新型溝槽柵U型溝道SOI-LIGBT。該器件具有兩個溝槽柵極,第一個溝槽柵(G1)用于控制器件的開啟和關(guān)斷,第二個溝槽柵(G2)用作空穴阻擋層。在導(dǎo)通狀態(tài)下,空穴阻擋層能夠提高發(fā)射極一側(cè)的空穴密度,從而增強其電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),有效提升器件的電流密度。在關(guān)斷過程中,新型雙溝槽結(jié)構(gòu)集電極一側(cè)的載流子密度相比于平面柵結(jié)構(gòu)更低,漂移區(qū)中的載流子分布更加均勻,同時溝槽柵能夠輔助漂移區(qū)的耗盡,大幅提高關(guān)斷速度。在短路過程中,前置的P~+發(fā)射極能夠有效吸收空穴電流,抑制動態(tài)閂鎖,從而提高器件的短路能力。最后,本文對新型溝槽柵U型溝道SOI-LIGBT的工藝和版圖進(jìn)行了設(shè)計,并對流片后的晶圓進(jìn)行了測試。流片測試結(jié)果表明,相比于傳統(tǒng)平面柵U型溝道SOI-LIGBT器件,新型U型溝道SOI-LIGBT器件的關(guān)斷時間減小了約150ns,短路時間增加了9μs,有效提升了關(guān)斷和短路能力。
【圖文】：

圖 1-2 單片智能功率芯片顯微照片的功率器件主要有兩類，一類是和驅(qū)動模塊和信號處理模塊向分立器件；另一類是和驅(qū)動模塊和信號處理模塊集成在同），，一般是橫向功率器件[8]。用橫向功率器件代替縱向分立器件的高魯棒性、高頻化和微型化。要有兩種工藝，體硅工藝和絕緣層上硅（Silicon-On-Insulato基礎(chǔ)晶圓材料，在此之上生長埋層和電極金屬等。體硅器件由漂移區(qū)來承受橫向耐壓。在擊穿電壓要求較高時，可以通橫向耐壓的提升。SOI 工藝在襯底和漂移區(qū)之間有一層二氧來承受一部分的縱向耐壓，該二氧化硅層為埋氧層（BuriedO薄膜 SOI 工藝和厚膜 SOI 工藝。因為單片智能功率芯片中集薄膜 SOI 器件相比，厚膜功率器件的漂移區(qū)較厚，漂移區(qū)電

d dsisi siqN QE t 向電場分布規(guī)律為以dsiqN 為斜率的一次函數(shù)，假到硅上壓降：d 2dsi si sisi si2qN QV t t ox ox ox si oxV E t 3E td 2 d d si ox si si ox ox si si ox si si si ( 3 ) ( )( 3 )2 qN qN Q V V E t t t t t t ，縱向擊穿電壓與漂移區(qū)摻雜、氧化層厚度和硅層擊穿電壓越大。表面橫向電場分布縱向發(fā)射極 集電極A B C
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN322.8

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 張允武;600V單片集成智能功率驅(qū)動芯片關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東南大學(xué);2016年

2 張春偉;550V厚膜SOI-LIGBT器件可靠性研究[D];東南大學(xué);2016年

3 孔謀夫;新型半橋功率集成電路的研究[D];電子科技大學(xué);2013年

本文編號：2594501