【摘要】：絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)具有導(dǎo)通壓降小、電流密度大、耐壓高、開關(guān)速度快及熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),在電力電子系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。薄晶圓場截止型IGBT(Field Stop IGBT,FS-IGBT)由于其低損耗已成為當(dāng)前設(shè)計(jì)發(fā)展的主流,但其存在擊穿魯棒性較低的問題。本文旨在解決1200V薄晶圓FS-IGBT的低擊穿魯棒性問題。本文首先介紹了FS-IGBT的工作原理、制備工藝流程,以及樣品芯片的結(jié)構(gòu)尺寸等基本信息。其次,對樣品芯片進(jìn)行了擊穿特性測試,發(fā)現(xiàn)原有FS-IGBT芯片在擊穿電流達(dá)到1mA時(shí)會(huì)發(fā)生失效。本文對此失效機(jī)理進(jìn)行了深入研究,發(fā)現(xiàn)FS-IGBT擊穿失效主要發(fā)生在終端過渡區(qū)和元胞區(qū)。FS-IGBT在終端過渡區(qū)失效的原因是過渡區(qū)深溝槽底部與終端區(qū)場限環(huán)結(jié)彎曲處的局部電場集中效應(yīng)形成擊穿薄弱點(diǎn);在元胞區(qū)的失效主要是由于FS-IGBT器件存在嚴(yán)重的擊穿負(fù)阻特性,進(jìn)而導(dǎo)致電流集中效應(yīng)。再次,本文優(yōu)化設(shè)計(jì)了一款高擊穿魯棒性的FS-IGBT器件,在終端過渡區(qū)設(shè)置了帶有零電位的深P-ring環(huán),消除了終端過渡區(qū)的擊穿薄弱點(diǎn),在元胞區(qū)采用了溝槽柵底部帶有重?fù)诫s薄N型層的電場調(diào)制型IGBT(Electric Field Modulation IGBT,EFM-IGBT)元胞結(jié)構(gòu),改善了FS-IGBT擊穿負(fù)阻特性與導(dǎo)通壓降的折中關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)降低器件導(dǎo)通損耗的同時(shí),提升器件的擊穿魯棒性。流片測試結(jié)果表明:所設(shè)計(jì)的FS-IGBT器件擊穿電壓為1250V,在電流密度100A/cm~2下的導(dǎo)通壓降為1.478V,擊穿失效電流大于8mA,各項(xiàng)參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。
【圖文】：

東南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文非常突出的優(yōu)點(diǎn)：采用單晶襯底，對于高壓 IGBT 而言，成本得到控制；背面 P 型集電極區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 PT-IGBT 的集電極，從而集電極的注入效率降低，無需壽命控制技術(shù)來減小關(guān)斷損耗和關(guān)斷時(shí)間這樣減少了壽命控制的成本；且此時(shí)襯底層相對變薄，器件的熱阻得到降低，有利于器件散熱。繼而又演變出了結(jié)合透明集電極技術(shù)的 LPT-IGBT 用于改善器件的開關(guān)特性，其晶圓厚度進(jìn)一步減薄，如圖 1-1（所示。2000 年，工程師提出了 FS-IGBT[1]，它在背面減薄之后進(jìn)行硼離子注入之前做一個(gè) N+緩沖層，該緩沖層的引入使得電場強(qiáng)度在此層中迅速減小到零而實(shí)現(xiàn)電場截止，從而漂移區(qū)整體電場近似呈梯形分布極大地減小了漂移區(qū)的厚度，如圖 1-1（d）所示。

第一章 緒論，因此平面柵結(jié)構(gòu)在高壓 IGBT（3300V 及以上電壓等級）中被普遍采后，柵電容能夠進(jìn)一步降低且其他的電學(xué)特性也可以得到改進(jìn)，如柵存全工作區(qū)測試中的柵電壓過沖減小等。而溝槽柵結(jié)構(gòu)將溝道從橫向變 區(qū)電阻的影響，且元胞密度增大，更有利于實(shí)現(xiàn)低功耗，因此溝槽柵以下電壓等級）產(chǎn)品中。但是實(shí)際工藝中溝槽刻蝕后硅表面粗糙，，會(huì)集中，影響擊穿電壓，而且溝槽柵結(jié)構(gòu)使得多晶硅柵面積增加，柵電容會(huì)導(dǎo)致其短路能力降低等。
【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

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 陳旭東;成建兵;郭厚東;滕國兵;周駿;袁晴雯;;一種具有浮空P型埋層的新型FS-IGBT[J];微電子學(xué);2017年02期

2 李宏;;1200 V IGBT的性能優(yōu)化[J];電子與封裝;2016年11期

3 游雪蘭;吳郁;胡冬青;賈云鵬;張彥飛;亢寶位;;內(nèi)透明集電極IGBT(ITC-IGBT)與PT-IGBT、FS-IGBT的性能比較[J];電子器件;2009年03期

4 游雪蘭;吳郁;張彥飛;;第六代1200V槽柵FS-IGBT模塊[J];變頻器世界;2008年09期

5 游雪蘭;吳郁;張彥飛;;第六代1200V槽柵FS-IGBT模塊[J];電力電子;2008年03期

6 王丹;關(guān)艷霞;;功率器件的新結(jié)構(gòu)及其性能特點(diǎn)[J];電子設(shè)計(jì)工程;2010年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 卞方娟;1200V薄晶圓高擊穿魯棒性FS-IGBT設(shè)計(jì)[D];東南大學(xué);2018年

2 阮新亮;超低功耗FS-IGBT研究[D];電子科技大學(xué);2017年

3 陳旭東;高速高壓FS-IGBT新結(jié)構(gòu)研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

本文編號：2704018