發(fā)布時間：2017-09-05 08:50

  本文關鍵詞：IGBT的輻照效應仿真分析與加固研究

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【摘要】：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)以其優(yōu)良的頻率特性和控制能力成為電力電子技術領域廣泛關注的對象。其具有的MOS柵和雙極型晶體管混合結構使得其具有了更好的導通壓降、開關頻率折中特性,更低的器件損耗和更好的安全工作區(qū)(SOA)使得IGBT成功具有了良好的控制能力和導通電導調(diào)制的綜合優(yōu)點。然而,功率器件普遍存在抗輻照性能較差的情況,嚴重影響到該類器件在輻照環(huán)境中的應用。本文針對性的研究了IGBT及其部分衍生結構的抗輻照特性,涉及的輻照損傷機理包含單粒子和總劑量效應。首先,本文介紹了輻照的基本原理和IGBT幾種基本結構,針對輻照可能對IGBT電學特性的影響做了說明,并闡述了總劑量效應和單粒子效應的TCAD仿真方法。其次,本文用線性能量轉移值LET(Linear Energy Transfer)來模擬單粒子入射對器件的作用,將對應的參數(shù)導入TCAD中進行單粒子輻照仿真,分析了阻斷態(tài)下單粒子入射的情形,研究了單粒子入射后電子空穴對的產(chǎn)生和再分布過程,并基于此比較了NPT-IGBT、PT-IGBT、Trench-IGBT抗單粒子輻照的能力,隨后通過仿真探究了局部降低載流子壽命(LCLCR:Low Carrier Lifetime Control Region)對于IGBT元胞抗單粒子效應的影響,并基于上述研究分析了可能的抗單粒子輻照加固方案,將總劑量效應對器件的影響轉化為量化的對氧化層和界面態(tài)的影響,并將相關參數(shù)應用于TCAD仿真軟件中。最后,設計了一種耐壓為1200V的NPT-IGBT器件,對其阻斷、靜態(tài)、動態(tài)特性其進行了仿真優(yōu)化,隨后研究了該元胞和結終端結構的抗輻照特性,并完成了工藝和版圖的設計及器件初步測試。
【關鍵詞】：IGBT元胞 結終端 總劑量效應 單粒子效應
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN322.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 選題背景和研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 本文的主要內(nèi)容和結構13-15
• 第二章 IGBT器件結構和核輻射基本理論15-33
• 2.1 IGBT器件基本類型與原理簡介15-19
• 2.1.1 NPT型IGBT15-17
• 2.1.2 PT型IGBT17-18
• 2.1.3 Trench型IGBT18-19
• 2.2 輻射環(huán)境和損傷機制19-24
• 2.2.1 常見輻射環(huán)境19-21
• 2.2.2 位移損傷機制21-23
• 2.2.3 電離輻射損傷機制23-24
• 2.3 電離輻射對器件作用24-28
• 2.3.1 總劑量效應25-26
• 2.3.2 單粒子效應26-28
• 2.4 輻射參數(shù)的量化與其在TCAD軟件中的模擬方式28-32
• 2.4.1 量化方式28-30
• 2.4.2 參數(shù)導入方式30-32
• 2.5 本章小結32-33
• 第三章 IGBT輻射效應研究33-52
• 3.1 IGBT的單粒子效應研究33-47
• 3.1.2 單粒子入射對NPT-IGBT的影響34-39
• 3.1.3 單粒子入射對PT型IGBT的影響39-41
• 3.1.4 單粒子入射對Trench-IGBT的影響41-43
• 3.1.5 LCLCR對IGBT抗單粒子輻照的影響43-46
• 3.1.6 加固方向46-47
• 3.2 IGBT結終端總劑量效應研究47-51
• 3.2.1 常規(guī)結終端結構47-50
• 3.2.2 雙側交錯場板結終端結構50-51
• 3.3 本章小結51-52
• 第四章 高壓IGBT器件設計52-74
• 4.1 IGBT元胞設計52-65
• 4.1.1 阻斷特性仿真52-56
• 4.1.2 導通特性仿真56-61
• 4.1.3 動態(tài)特性設計61-64
• 4.1.4 抗輻照仿真分析64-65
• 4.2 高耐壓終端設計65-70
• 4.2.1 IGBT結終端仿真優(yōu)化65-66
• 4.2.2 IGBT結終端總劑量效應研究66-70
• 4.3 工藝與版圖70-71
• 4.4 初步測試結果71-73
• 4.5 本章小結73-74
• 第五章 結論與展望74-76
• 5.1 本文工作總結74-75
• 5.2 工作展望75-76
• 致謝76-77
• 參考文獻77-81
• 攻碩期間取得的研究成果81-82

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本文編號：797024