目前兆瓦至百兆瓦級(jí)大容量電力電子裝置受限于傳統(tǒng)晶閘管換流技術(shù),普遍存在如下幾個(gè)問(wèn)題,其中包括開(kāi)關(guān)頻率比較低、諧波較高、體積也比較大、動(dòng)態(tài)相應(yīng)不好、易產(chǎn)生換相失誤等缺點(diǎn)。雖然中小容量的電力電子技術(shù)發(fā)展較為成熟,但是,現(xiàn)代的電力電子技術(shù)最終也會(huì)進(jìn)入到大容量電能轉(zhuǎn)換應(yīng)用領(lǐng)域。本論文進(jìn)行的是整晶圓IGBT半導(dǎo)體器件方面的研究,提出基于一種隔離失效器件單元的整晶圓IGBT冗余設(shè)計(jì)思想的3300V整晶圓IGBT芯片的設(shè)計(jì)方法,并將這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法結(jié)合工藝進(jìn)行流片,本文圍繞著3300V整晶圓IGBT芯片研制工作展開(kāi)論述。本論文的主要工作如下:1、從半導(dǎo)體功率器件概述和IGBT的發(fā)展歷程的角度出發(fā),說(shuō)明整晶圓大容量IGBT的研究必要性和研究意義。2、對(duì)IGBT器件的結(jié)構(gòu)及基本工作原理進(jìn)行分析討論,然后結(jié)合IGBT器件的電學(xué)特性提出一種3300V整晶圓IGBT器件的元胞優(yōu)化設(shè)計(jì)和終端優(yōu)化設(shè)計(jì),并確定元胞的尺寸參數(shù),再根據(jù)優(yōu)化前流片測(cè)試的結(jié)果提出了兩套解決方案,利用不同的兩套版圖優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)整晶圓大容量IGBT芯片的電學(xué)特性。3、對(duì)上述兩套版圖流片結(jié)果進(jìn)行對(duì)比測(cè)試分析研究,對(duì)所研制的兩套3300V整晶圓IGBT芯片進(jìn)行了靜態(tài)參數(shù)測(cè)試。發(fā)現(xiàn)兩套版圖優(yōu)化方案的效果較為理想,都基本達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。但是其中第二套版圖方案(16個(gè)完全相同且獨(dú)立的IGBT區(qū)域)只有部分區(qū)域有電學(xué)特性,也說(shuō)明目前整晶圓IGBT工藝還需改善,提高其良品率。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN322.8
【部分圖文】：

要外延的漂移區(qū)Ｎ層比較厚，加工時(shí)間長(zhǎng)，成本高，且外延片一般比單晶片缺陷逡逑多，會(huì)導(dǎo)致最終的良品率降低［９］。第一代ＩＧＢＴ結(jié)構(gòu)同時(shí)采用異質(zhì)外延ＤＭＯＳ工逡逑藝制備，利用多晶硅柵作為掩膜，兩次擴(kuò)散工藝形成導(dǎo)通溝道，如圖１．１。逡逑柵極逡逑發(fā)射極逡逑ｐ＋邋杝—0邐．逡逑！邋ｉ邋邐邐１＂＂邋ｉ．逡逑！邐！邐ｐ邐：逡逑Ｐｌｕｇ邋．卜—＿，逡逑Ｉ逡逑ｉ逡逑Ｉ邐Ｉ逡逑Ｎ－漂移區(qū)逡逑Ｉ逡逑Ｖ；逡逑Ｎ￣：．邋ｐ＋邐ｊ逡逑集電極逡逑圖１．１第一代平面柵穿通ＩＧＢＴ元胞結(jié)構(gòu)逡逑第二代采用最優(yōu)化理念，用精細(xì)的平面柵結(jié)構(gòu)，如圖１．２所示，精密優(yōu)化元逡逑胞圖形和少子壽命，在ＣＺ晶片（通過(guò)Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ提拉法生長(zhǎng)的單晶娃晶圓片）逡逑上制備的非穿通（ＮＰＴ）型ＩＧＢＴ。第二代ＮＰＴ型中有的部分在多晶硅柵極的窗逡逑口中央形成一個(gè)深Ｐ＋區(qū)域，來(lái)抑制寄生晶閘管的閂鎖。相比第一代其開(kāi)關(guān)速度有逡逑了大大地提升，開(kāi)關(guān)損耗更低［１（）１。逡逑３逡逑

集電極逡逑圖１．２第二代平面柵非穿通ＩＧＢＴ元胞結(jié)構(gòu)逡逑第三代采用的是溝槽柵穿通結(jié)構(gòu)，如圖１．３所示，精密優(yōu)化元胞圖形和少子逡逑壽命，溝槽柵提供給ＩＧＢＴ結(jié)構(gòu)中的ＭＯＳＦＥＴ更高的溝道密度，同時(shí)消除ＪＦＥＴ逡逑電阻分量，此外增強(qiáng)了發(fā)射極附近Ｎ漂移區(qū)內(nèi)的自由載流子濃度，對(duì)于高開(kāi)關(guān)速逡逑度的器件，與具有同樣阻斷電壓能力的平面結(jié)構(gòu)比較，這些現(xiàn)象減小了導(dǎo)通壓降。逡逑１７００Ｖ邋的邋ＩＧＢＴ邋面世［１１］。逡逑柵極逡逑＆Ｗ０ＨＳＭＪ邋NB邋＂Ｉ、逡逑＿曜冠邋Ｐ＋邋：逡逑｜邐１邐；邋Ｉ邐Ｉ逡逑ｐ逡逑Ｐ＋邋Ｐｌｕｇ逡逑ｊ邐—邋一．：——，逡逑Ｊ逡逑｜逡逑Ｎ－漂移區(qū)逡逑Ｎ＋逡逑Ｐ＋逡逑集電極逡逑圖１．３第三代溝槽柵穿通型ＩＧＢＴ元胞結(jié)構(gòu)逡逑第四代基于溝槽柵結(jié)構(gòu)并結(jié)合己優(yōu)化的包含漂移區(qū)、場(chǎng)終止層、后端發(fā)射極逡逑的縱向結(jié)構(gòu)。如圖１．４所示，高壓ＩＧＢＴ電壓突破２０００Ｖ，采用非穿通結(jié)構(gòu)［１２］。逡逑４逡逑

逑集電極逡逑圖１．２第二代平面柵非穿通ＩＧＢＴ元胞結(jié)構(gòu)逡逑第三代采用的是溝槽柵穿通結(jié)構(gòu)，如圖１．３所示，精密優(yōu)化元胞圖形和少子逡逑壽命，溝槽柵提供給ＩＧＢＴ結(jié)構(gòu)中的ＭＯＳＦＥＴ更高的溝道密度，同時(shí)消除ＪＦＥＴ逡逑電阻分量，此外增強(qiáng)了發(fā)射極附近Ｎ漂移區(qū)內(nèi)的自由載流子濃度，對(duì)于高開(kāi)關(guān)速逡逑度的器件，與具有同樣阻斷電壓能力的平面結(jié)構(gòu)比較，這些現(xiàn)象減小了導(dǎo)通壓降。逡逑１７００Ｖ邋的邋ＩＧＢＴ邋面世［１１］。逡逑柵極逡逑＆Ｗ０ＨＳＭＪ邋NB邋＂Ｉ、逡逑＿曜冠邋Ｐ＋邋：逡逑｜邐１邐；邋Ｉ邐Ｉ逡逑ｐ逡逑Ｐ＋邋Ｐｌｕｇ逡逑ｊ邐—邋一．：——，逡逑Ｊ逡逑｜逡逑Ｎ－漂移區(qū)逡逑Ｎ＋逡逑Ｐ＋逡逑集電極逡逑圖１．３第三代溝槽柵穿通型ＩＧＢＴ元胞結(jié)構(gòu)逡逑第四代基于溝槽柵結(jié)構(gòu)并結(jié)合己優(yōu)化的包含漂移區(qū)、場(chǎng)終止層、后端發(fā)射極逡逑的縱向結(jié)構(gòu)。如圖１．４所示，高壓ＩＧＢＴ電壓突破２０００Ｖ，采用非穿通結(jié)構(gòu)［１２］。逡逑４逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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1 ;中國(guó)IGBT技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在株洲成立[J];電源世界;2014年11期

2 徐德鴻;陳文杰;何國(guó)鋒;施科研;李海津;嚴(yán)成;;新能源對(duì)電力電子提出的新課題[J];電源學(xué)報(bào);2014年06期

3 劉松;;IGBT結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用特點(diǎn)[J];今日電子;2014年04期

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1 付耀龍;IGBT的分析與設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

2 陳永淑;IGBT的可靠性模型研究[D];重慶大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2826832