本文關(guān)鍵詞：智能功率驅(qū)動芯片用SOI-LIGBT關(guān)斷特性的研究與優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 橫向絕緣柵雙極型晶體管 厚膜絕緣襯底硅 快關(guān)斷 溝槽隔離 陽極短路

【摘要】：智能功率驅(qū)動芯片是一種將驅(qū)動電路、功率器件、傳感器及各類保護電路集成在一起的功率芯片,特別適用于各類電機及逆變型電源,具有高效、節(jié)能、智慧的特點。橫向絕緣柵雙極型晶體管(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor, LIGBT)作為智能功率驅(qū)動芯片中的核心器件,承擔著低壓到高壓、低功率到高功率之間的轉(zhuǎn)換功能。作為開關(guān)器件,LIGBT需要具有快速開關(guān)的特點。在保持其余電學(xué)參數(shù)不退化,不引入額外性能損耗的前提下提高器件的關(guān)斷速率是目前研究的熱點。本文在厚膜絕緣襯底硅(Silicon On Insulator, SOI)工藝平臺的基礎(chǔ)上,從LIGBT器件的關(guān)斷過程入手,詳細分析了LIGBT器件在感性負載條件下的關(guān)斷機理。接著基于仿真軟件再現(xiàn)了LIGBT器件關(guān)斷的詳細過程,包括關(guān)斷前載流子的分布、關(guān)斷過程中載流子的運動路徑、關(guān)斷后期載流子的分布及復(fù)合過程等。然后研究了幾種現(xiàn)有的具有快速關(guān)斷特性的LIGBT器件結(jié)構(gòu),分析了其各自的優(yōu)缺點。在此基礎(chǔ)上,提出了一種具有溝槽隔離陽極短路結(jié)構(gòu)的厚膜SOI-LIGBT器件。該器件的集電極區(qū)域增加了分段的溝槽隔離結(jié)構(gòu),并增加了用于在關(guān)斷過程中抽取電子載流子的N+集電極結(jié)構(gòu)以及進一步提升通態(tài)電流密度的P+集電極結(jié)構(gòu)。通過為載流子提供特殊的排空通道,該結(jié)構(gòu)可在保持器件整體耐壓、閾值電壓、線性電流密度等參數(shù)不退化的前提下,提高器件的關(guān)斷速率。最終的測試結(jié)果顯示,論文提出的厚膜SOI-LIGBT器件在保持其余電學(xué)參數(shù)不退化的前提下,關(guān)斷時間從572ns縮短到189ns,降低了66.96%。
【關(guān)鍵詞】：橫向絕緣柵雙極型晶體管 厚膜絕緣襯底硅 快關(guān)斷 溝槽隔離 陽極短路
【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】：2016
【分類號】：TN322.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 智能功率驅(qū)動芯片概述10-12
• 1.1.1 智能功率驅(qū)動芯片介紹10-11
• 1.1.2 LIGBT器件在智能功率驅(qū)動芯片中的應(yīng)用11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 LIGBT關(guān)斷時間國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.2 研究現(xiàn)狀總結(jié)與發(fā)展趨勢16
• 1.3 論文研究內(nèi)容及意義16-18
• 1.3.1 研究內(nèi)容16-17
• 1.3.2 設(shè)計指標17-18
• 1.4 論文組織結(jié)構(gòu)18-20
• 第二章 厚膜SOI-LIGBT器件工作原理20-34
• 2.1 結(jié)構(gòu)特點與優(yōu)勢20-22
• 2.1.1 厚膜SOI-LIGBT器件的結(jié)構(gòu)特點20-21
• 2.1.2 厚膜SOI-LIGBT器件的優(yōu)勢21-22
• 2.2 靜態(tài)參數(shù)特性分析22-26
• 2.2.1 雪崩擊穿電壓22-25
• 2.2.2 閾值電壓25
• 2.2.3 電流能力25-26
• 2.3 開關(guān)特性分析26-29
• 2.3.1 開啟過程27-28
• 2.3.2 關(guān)斷過程28-29
• 2.3.3 開關(guān)損耗占比問題29
• 2.4 其他特性分析29-32
• 2.4.1 抗閂鎖能力30
• 2.4.2 電流回跳問題30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-34
• 第三章 厚膜SOI-LIGBT器件的關(guān)斷特性研究34-52
• 3.1 傳統(tǒng)厚膜SOI-LIGBT器件關(guān)斷過程載流子分布34-47
• 3.1.1 關(guān)斷前載流子的分布情況41-42
• 3.1.2 關(guān)斷過程中耗盡層展寬的過程42-45
• 3.1.3 關(guān)斷過程中載流子的分布情況45
• 3.1.4 關(guān)斷過程中載流子的流動路徑45-47
• 3.1.5 關(guān)斷過程中載流子的復(fù)合情況47
• 3.2 幾種具有快速關(guān)斷特性的結(jié)構(gòu)47-51
• 3.2.1 陽極短路結(jié)構(gòu)仿真研究47-48
• 3.2.2 分段陽極結(jié)構(gòu)仿真研究48-49
• 3.2.3 集電極端P+/P-結(jié)構(gòu)仿真研究49-50
• 3.2.4 雙柵結(jié)構(gòu)仿真研究50-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 第四章 快關(guān)斷厚膜SOI-LIGBT器件的優(yōu)化設(shè)計52-68
• 4.1 具有溝槽隔離陽極短路結(jié)構(gòu)的厚膜SOI-LIGBT器件52-53
• 4.1.1 具有溝槽隔離陽極短路結(jié)構(gòu)的厚膜SOI-LIGBT器件特點52
• 4.1.2 具有溝槽隔離陽極短路結(jié)構(gòu)的厚膜SOI-LIGBT器件原理52-53
• 4.2 基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計53-61
• 4.2.1 耐壓能力設(shè)計53-57
• 4.2.2 閾值電壓設(shè)計57-58
• 4.2.3 電流能力設(shè)計58-59
• 4.2.4 抗閂鎖能力設(shè)計59-60
• 4.2.5 基本參數(shù)確定60-61
• 4.3 關(guān)斷特性優(yōu)化設(shè)計61-67
• 4.3.1 具有溝槽隔離陽極短路結(jié)構(gòu)的厚膜SOI-LIGBT器件的工作原理仿真分析62-64
• 4.3.2 W_a和W_c對器件關(guān)斷時間、電流密度和snapback電壓的影響64-65
• 4.3.3 W_t對器件器件關(guān)斷時間、電流密度和snapback電壓的影響65
• 4.3.4 L_a對器件電流密度及關(guān)斷時間的影響65-66
• 4.3.5 W_n和W_p對器件關(guān)斷時間和電流密度的影響66-67
• 4.3.6 最終器件尺寸67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 厚膜SOI-LIGBT器件的流片驗證與測試分析68-76
• 5.1 厚膜SOI-LIGBT器件的工藝流程設(shè)計68-69
• 5.2 具有溝槽隔離陽極短路結(jié)構(gòu)的厚膜SOI-LIGBT器件的版圖設(shè)計69-70
• 5.3 具有溝槽隔離陽極短路結(jié)構(gòu)的厚膜SOI-LIGBT器件的測試結(jié)果70-74
• 5.3.1 器件耐壓測試結(jié)果71
• 5.3.2 器件閾值電壓測試結(jié)果71-72
• 5.3.3 器件電流能力測試結(jié)果72-73
• 5.3.4 器件關(guān)斷時間測試結(jié)果73
• 5.3.5 器件抗閂鎖能力測試結(jié)果73-74
• 5.4 本章小結(jié)74-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 總結(jié)76-77
• 6.2 展望77-78
• 致謝78-80
• 參考文獻80-84
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文和專利84

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