功率半導(dǎo)體器件承擔著能量控制與功率轉(zhuǎn)換的功能,在電力電子系統(tǒng)中具有至關(guān)重要的作用。高壓橫向MOS型功率器件因具有易于集成和控制等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于高壓功率集成電路（HVIC）。絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極晶體管（SOI-LIGBT）因其電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)帶來的導(dǎo)通損耗低等優(yōu)點,成為了業(yè)界研究的熱點。然而,傳統(tǒng)的高壓SOI-LIGBT結(jié)構(gòu)仍存在導(dǎo)通壓降和開關(guān)損耗不夠優(yōu)化等問題,難以滿足HVIC發(fā)展的需求。本文針對傳統(tǒng)SOI-LIGBT結(jié)構(gòu)存在的問題,開展了兩類新型高壓SOI-LIGBT結(jié)構(gòu)的研究。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、提出一類具有分裂柵的二維溝槽型高壓SOI-LIGBT新結(jié)構(gòu),包括具有浮空P區(qū)的分裂柵結(jié)構(gòu)（TSG-LIGBT）和集成p-MOS的分裂柵結(jié)構(gòu)（PTSG-LIGBT）。TSG-LIGBT結(jié)構(gòu)通過設(shè)置具有分裂柵的溝槽結(jié)構(gòu),既獲得了額外的空穴勢壘,又減小了密勒電容(C_GC),改善了導(dǎo)通壓降(V_CEON)與關(guān)斷損耗(E_OFF)的折中特性。TSG-LIGBT結(jié)構(gòu)中還設(shè)置有浮空P區(qū),以提高器件耐壓。仿真結(jié)果表明在電流密度（J

【文章來源】： 趙陽 電子科技大學(xué)

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

LIGBT結(jié)構(gòu)圖

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4電結(jié)的導(dǎo)通壓降之后，P+集電區(qū)向N-drift區(qū)注入空穴，N-drift區(qū)開始出現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制，并導(dǎo)致N-drift區(qū)中的導(dǎo)通電阻迅速降低。這種電子和空穴同時導(dǎo)電的模式被稱為雙極型導(dǎo)電模式。在單極型導(dǎo)電向雙極型導(dǎo)電轉(zhuǎn)變的過程中，由于N-drift區(qū)中的導(dǎo)通電阻的降低，會呈現(xiàn)出隨著集電極電流的增加，VCE減小的負阻現(xiàn)象（snapback），這一定程度上影響了器件的性能[27]。圖1-2SALIGBT結(jié)構(gòu)圖[26]圖1-3具有輔助柵的LIGBT結(jié)構(gòu)圖[28]之后的很多器件結(jié)構(gòu)研究都致力于在保持集電極結(jié)構(gòu)中電子抽取通路的基礎(chǔ)上，消除snapback現(xiàn)象。這樣的LIGBT結(jié)構(gòu)既減少了EOFF，又能獲得良好的導(dǎo)通特性。這類器件主要有兩種設(shè)計思路，一種是在較低VCE時增強N-drift區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制程度，如Y.S.Lee和B.H.Lee等人提出的控制P型集電區(qū)空穴注入的LIGBT（GHI-LIGBT）[28]，如圖1-3所示。GHI-LIGBT結(jié)構(gòu)在N型漂移區(qū)內(nèi)部設(shè)置了P+型的摻雜區(qū)（P+Injector），并在兩個P+摻雜區(qū)之間增加了p-MOSFET結(jié)構(gòu)。通過在柵極G2上施加偏置電壓，使得p-MOS開啟，從而G2下方的N-drift區(qū)和N-buffer區(qū)產(chǎn)生空穴溝道將兩個P+摻雜區(qū)相連。這樣增加了空穴的注入效率。使得在較低VCE時，N-drift區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制程度很高，也就不會出現(xiàn)snapback。另一種設(shè)計思路是增加電子從P+集電區(qū)到N+集電區(qū)的電阻或勢壘[29-31]。當電阻或勢壘調(diào)

電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4電結(jié)的導(dǎo)通壓降之后，P+集電區(qū)向N-drift區(qū)注入空穴，N-drift區(qū)開始出現(xiàn)電導(dǎo)調(diào)制，并導(dǎo)致N-drift區(qū)中的導(dǎo)通電阻迅速降低。這種電子和空穴同時導(dǎo)電的模式被稱為雙極型導(dǎo)電模式。在單極型導(dǎo)電向雙極型導(dǎo)電轉(zhuǎn)變的過程中，由于N-drift區(qū)中的導(dǎo)通電阻的降低，會呈現(xiàn)出隨著集電極電流的增加，VCE減小的負阻現(xiàn)象（snapback），這一定程度上影響了器件的性能[27]。圖1-2SALIGBT結(jié)構(gòu)圖[26]圖1-3具有輔助柵的LIGBT結(jié)構(gòu)圖[28]之后的很多器件結(jié)構(gòu)研究都致力于在保持集電極結(jié)構(gòu)中電子抽取通路的基礎(chǔ)上，消除snapback現(xiàn)象。這樣的LIGBT結(jié)構(gòu)既減少了EOFF，又能獲得良好的導(dǎo)通特性。這類器件主要有兩種設(shè)計思路，一種是在較低VCE時增強N-drift區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制程度，如Y.S.Lee和B.H.Lee等人提出的控制P型集電區(qū)空穴注入的LIGBT（GHI-LIGBT）[28]，如圖1-3所示。GHI-LIGBT結(jié)構(gòu)在N型漂移區(qū)內(nèi)部設(shè)置了P+型的摻雜區(qū)（P+Injector），并在兩個P+摻雜區(qū)之間增加了p-MOSFET結(jié)構(gòu)。通過在柵極G2上施加偏置電壓，使得p-MOS開啟，從而G2下方的N-drift區(qū)和N-buffer區(qū)產(chǎn)生空穴溝道將兩個P+摻雜區(qū)相連。這樣增加了空穴的注入效率。使得在較低VCE時，N-drift區(qū)的電導(dǎo)調(diào)制程度很高，也就不會出現(xiàn)snapback。另一種設(shè)計思路是增加電子從P+集電區(qū)到N+集電區(qū)的電阻或勢壘[29-31]。當電阻或勢壘調(diào)

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：2989774