【摘要】：逆阻型(Reverse Blocking,RB)IGBT具有雙向耐壓能力,在T型逆變器、矩陣逆變器應(yīng)用中可降低系統(tǒng)元件數(shù)、損耗和冗余度,有效提高系統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換效率和可靠性。NPT IGBT在長的漂移區(qū)下能實(shí)現(xiàn)雙向阻斷能力,但器件正向?qū)▔航?V_(on))和關(guān)斷損耗(E_(off))大。FS IGBT由于N-buffer的存在,能改善器件V_(on)-E_(off)折中特性,但不具備對稱雙向阻斷能力。為解決以上問題,本文提出兩種RB-IGBT器件。1.提出一種具有短路集電極場板的RB-IGBT。器件主要結(jié)構(gòu)特征為:短路集電極場板(Shorted Collector Field Plate,SCFP);在集電極區(qū)的非連續(xù)高摻雜N2層;發(fā)射極端高摻雜N1層。正向阻斷時(shí),發(fā)射極端槽輔助耗盡作用使耗盡區(qū)在N1下方橫向和縱向擴(kuò)展,提高漂移區(qū)電場,并有效屏蔽高場對反偏主結(jié)J1的影響,避免J1提前擊穿,實(shí)現(xiàn)高正向阻斷電壓(Forward Breakdown Voltage,BV_F)。反向阻斷時(shí),SCFP的輔助耗盡作用促使耗盡區(qū)在N2之間橫向和縱向擴(kuò)展,降低J2高電場的同時(shí)抬升漂移區(qū)中電場,最終電場被發(fā)射極端槽和N1共同截止,實(shí)現(xiàn)高反向阻斷電壓(Reverse Breakdown Voltage,BV_R)。高濃度N1可作為載流子存儲層,提升漂移區(qū)載流子濃度,器件實(shí)現(xiàn)低的V_(on)。關(guān)斷過程中,電子通過SCPF在N2中形成的低電阻通道被抽取,提高關(guān)斷速度降低E_(off),獲得更好的V_(on)-E_(off)折中特性。相比NPT RB-IGBT,E_(off)降低了67.2%,相比BEFE RB-IGBT,E_(off)降低了49%。2.提出一種具有集電極輔助槽柵的RB-IGBT。器件主要結(jié)構(gòu)特征為:發(fā)射極端引入分裂槽柵和高濃度N1層,集電極端引入集電極輔助槽柵(Collector Assisted trench Gate,CAG)。正向?qū)〞r(shí),CAG相對集電極接低電位,增強(qiáng)空穴注入效率,N1同時(shí)起載流子存儲作用,降低器件V_(on)。正向阻斷時(shí),CAG上電壓值為正,在槽壁形成電子積累層,等效為N-buffer層,電場被有效截止,提高器件BV_F。與FS IGBT相比,反向阻斷時(shí),BV_R不再受限于高濃度N-buffer,且電場能被N1和發(fā)射極端槽截止,器件BV_R高。器件關(guān)斷時(shí),分裂柵結(jié)構(gòu)能縮短器件關(guān)斷延遲時(shí)間,CAG上的電位提前切換為正值使得槽壁周圍產(chǎn)生電子積累層,形成抽取電子的低阻通道,加快器件關(guān)斷速度并降低器件關(guān)斷損耗。通過仿真驗(yàn)證,器件的V_(on)和E_(off)均遠(yuǎn)小于NPT RB-IGBT,相比于SJ SCT RB-IGBT,E_(off)降低了52%,相比BEFE RB-IGBT,E_(off)降低了85%。
【圖文】：

014-2020全球半導(dǎo)體市場預(yù)測

中國功率半導(dǎo)體市場規(guī)模
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN322.8

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本文編號：2604806