基于SOI的高壓低損耗橫向IGBT的分析與設計
發(fā)布時間：2021-01-20 20:59
功率半導體器件承擔著能量控制與功率轉換的功能,在電力電子系統中具有至關重要的作用。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）因其電導調制效應帶來的導通損耗低等優(yōu)點,成為了業(yè)界研究的熱點。然而,傳統的高壓SOI-LIGBT結構仍存在導通壓降和開關損耗不夠優(yōu)化等問題,難以滿足HVIC發(fā)展的需求。本文針對傳統SOI-LIGBT結構存在的問題,開展了兩類新型高壓SOI-LIGBT結構的研究。本文的主要研究內容如下:1、提出一類具有分裂柵的二維溝槽型高壓SOI-LIGBT新結構,包括具有浮空P區(qū)的分裂柵結構（TSG-LIGBT）和集成p-MOS的分裂柵結構（PTSG-LIGBT）。TSG-LIGBT結構通過設置具有分裂柵的溝槽結構,既獲得了額外的空穴勢壘,又減小了密勒電容(CGC),改善了導通壓降(VCEON)與關斷損耗(EOFF)的折中特性。TSG-LIGBT結構中還設置有浮空P區(qū),以提高器件耐壓。仿真結果表明在電流密度（J
【文章來源】： 趙陽 電子科技大學
【文章頁數】：71 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
LIGBT結構圖
電子科技大學碩士學位論文4電結的導通壓降之后，P+集電區(qū)向N-drift區(qū)注入空穴，N-drift區(qū)開始出現電導調制，并導致N-drift區(qū)中的導通電阻迅速降低。這種電子和空穴同時導電的模式被稱為雙極型導電模式。在單極型導電向雙極型導電轉變的過程中，由于N-drift區(qū)中的導通電阻的降低，會呈現出隨著集電極電流的增加，VCE減小的負阻現象（snapback），這一定程度上影響了器件的性能[27]。圖1-2SALIGBT結構圖[26]圖1-3具有輔助柵的LIGBT結構圖[28]之后的很多器件結構研究都致力于在保持集電極結構中電子抽取通路的基礎上，消除snapback現象。這樣的LIGBT結構既減少了EOFF，又能獲得良好的導通特性。這類器件主要有兩種設計思路，一種是在較低VCE時增強N-drift區(qū)的電導調制程度，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結構在N型漂移區(qū)內部設置了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結構。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)的電導調制程度很高，也就不會出現snapback。另一種設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
電子科技大學碩士學位論文4電結的導通壓降之后，P+集電區(qū)向N-drift區(qū)注入空穴，N-drift區(qū)開始出現電導調制，并導致N-drift區(qū)中的導通電阻迅速降低。這種電子和空穴同時導電的模式被稱為雙極型導電模式。在單極型導電向雙極型導電轉變的過程中，由于N-drift區(qū)中的導通電阻的降低，會呈現出隨著集電極電流的增加，VCE減小的負阻現象（snapback），這一定程度上影響了器件的性能[27]。圖1-2SALIGBT結構圖[26]圖1-3具有輔助柵的LIGBT結構圖[28]之后的很多器件結構研究都致力于在保持集電極結構中電子抽取通路的基礎上，消除snapback現象。這樣的LIGBT結構既減少了EOFF，又能獲得良好的導通特性。這類器件主要有兩種設計思路，一種是在較低VCE時增強N-drift區(qū)的電導調制程度，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結構在N型漂移區(qū)內部設置了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結構。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)的電導調制程度很高，也就不會出現snapback。另一種設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
【參考文獻】：
期刊論文
[1]影響IGBT動態(tài)特性參數淺析[J]. 陳喻. 科技與創(chuàng)新. 2018(14)
[2]IGBT開關損耗及其特性研究[J]. 曹新陽,邱立. 通信電源技術. 2018(03)
[3]感性負載條件下IGBT開通過程分析[J]. 唐新靈,崔翔,張朋,李金元,趙哿. 華北電力大學學報(自然科學版). 2017(02)
[4]IGBT模塊電氣模型及實時仿真研究[J]. 徐延明,趙成勇,徐瑩,劉啟建,許建中,周飛. 華北電力大學學報(自然科學版). 2016(02)
[5]從功率半導體器件發(fā)展看電力電子技術未來[J]. 胡強,王思亮,張世勇. 東方電氣評論. 2015(03)
[6]IGBT動態(tài)參數測試方法分析[J]. 鄭大勇,陳廣聰. 電子產品可靠性與環(huán)境試驗. 2013(S1)
[7]Partial-SOI high voltage P-channel LDMOS with interface accumulation holes[J]. 吳麗娟,胡盛東,羅小蓉,張波,李肇基. Chinese Physics B. 2011(10)
[8]SOI-LIGBT寄生晶體管電流增益的研究[J]. 陳越政,錢欽松,孫偉鋒. 半導體技術. 2010(01)
[9]SOI-LIGBT N-Buffer參數的研究[J]. 陳越政,錢欽松,孫偉鋒. 微電子學. 2009(03)
[10]IGBT技術發(fā)展綜述[J]. 葉立劍,鄒勉,楊小慧. 半導體技術. 2008(11)
博士論文
[1]厚膜SOI基高壓橫向IGBT器件研究[D]. 張龍.東南大學 2018
[2]橫向高壓器件電場調制效應及新器件研究[D]. 段寶興.電子科技大學 2007
[3]SOI橫向高壓器件耐壓模型和新器件結構研究[D]. 郭宇鋒.電子科技大學 2005
本文編號：2989774
【文章來源】： 趙陽 電子科技大學
【文章頁數】：71 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
LIGBT結構圖
電子科技大學碩士學位論文4電結的導通壓降之后，P+集電區(qū)向N-drift區(qū)注入空穴，N-drift區(qū)開始出現電導調制，并導致N-drift區(qū)中的導通電阻迅速降低。這種電子和空穴同時導電的模式被稱為雙極型導電模式。在單極型導電向雙極型導電轉變的過程中，由于N-drift區(qū)中的導通電阻的降低，會呈現出隨著集電極電流的增加，VCE減小的負阻現象（snapback），這一定程度上影響了器件的性能[27]。圖1-2SALIGBT結構圖[26]圖1-3具有輔助柵的LIGBT結構圖[28]之后的很多器件結構研究都致力于在保持集電極結構中電子抽取通路的基礎上，消除snapback現象。這樣的LIGBT結構既減少了EOFF，又能獲得良好的導通特性。這類器件主要有兩種設計思路，一種是在較低VCE時增強N-drift區(qū)的電導調制程度，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結構在N型漂移區(qū)內部設置了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結構。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)的電導調制程度很高，也就不會出現snapback。另一種設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
電子科技大學碩士學位論文4電結的導通壓降之后，P+集電區(qū)向N-drift區(qū)注入空穴，N-drift區(qū)開始出現電導調制，并導致N-drift區(qū)中的導通電阻迅速降低。這種電子和空穴同時導電的模式被稱為雙極型導電模式。在單極型導電向雙極型導電轉變的過程中，由于N-drift區(qū)中的導通電阻的降低，會呈現出隨著集電極電流的增加，VCE減小的負阻現象（snapback），這一定程度上影響了器件的性能[27]。圖1-2SALIGBT結構圖[26]圖1-3具有輔助柵的LIGBT結構圖[28]之后的很多器件結構研究都致力于在保持集電極結構中電子抽取通路的基礎上，消除snapback現象。這樣的LIGBT結構既減少了EOFF，又能獲得良好的導通特性。這類器件主要有兩種設計思路，一種是在較低VCE時增強N-drift區(qū)的電導調制程度，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結構在N型漂移區(qū)內部設置了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結構。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)的電導調制程度很高，也就不會出現snapback。另一種設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
【參考文獻】：
期刊論文
[1]影響IGBT動態(tài)特性參數淺析[J]. 陳喻. 科技與創(chuàng)新. 2018(14)
[2]IGBT開關損耗及其特性研究[J]. 曹新陽,邱立. 通信電源技術. 2018(03)
[3]感性負載條件下IGBT開通過程分析[J]. 唐新靈,崔翔,張朋,李金元,趙哿. 華北電力大學學報(自然科學版). 2017(02)
[4]IGBT模塊電氣模型及實時仿真研究[J]. 徐延明,趙成勇,徐瑩,劉啟建,許建中,周飛. 華北電力大學學報(自然科學版). 2016(02)
[5]從功率半導體器件發(fā)展看電力電子技術未來[J]. 胡強,王思亮,張世勇. 東方電氣評論. 2015(03)
[6]IGBT動態(tài)參數測試方法分析[J]. 鄭大勇,陳廣聰. 電子產品可靠性與環(huán)境試驗. 2013(S1)
[7]Partial-SOI high voltage P-channel LDMOS with interface accumulation holes[J]. 吳麗娟,胡盛東,羅小蓉,張波,李肇基. Chinese Physics B. 2011(10)
[8]SOI-LIGBT寄生晶體管電流增益的研究[J]. 陳越政,錢欽松,孫偉鋒. 半導體技術. 2010(01)
[9]SOI-LIGBT N-Buffer參數的研究[J]. 陳越政,錢欽松,孫偉鋒. 微電子學. 2009(03)
[10]IGBT技術發(fā)展綜述[J]. 葉立劍,鄒勉,楊小慧. 半導體技術. 2008(11)
博士論文
[1]厚膜SOI基高壓橫向IGBT器件研究[D]. 張龍.東南大學 2018
[2]橫向高壓器件電場調制效應及新器件研究[D]. 段寶興.電子科技大學 2007
[3]SOI橫向高壓器件耐壓模型和新器件結構研究[D]. 郭宇鋒.電子科技大學 2005
本文編號：2989774
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