本文關(guān)鍵詞：智能功率模塊用550V厚膜SOI-LIGBT短路特性的研究與優(yōu)化

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【摘要】：近年來,智能功率模塊因其高集成度、高可靠性、低成本等優(yōu)勢已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)設(shè)備、航模航拍、新能源交通工具等領(lǐng)域。絕緣體上硅絕緣柵雙極型晶體管(Silicon on insulator-lateral insulated gate bipolar transistor, SOI-LIGBT)作為智能功率模塊中最基本的元器件之一,具有絕緣性能好、寄生電容小、泄漏電流小和集成度高等優(yōu)點,然而,其結(jié)構(gòu)中埋氧層的熱傳導(dǎo)率較低,頂層硅中器件工作時產(chǎn)生的熱量難以及時散出,器件內(nèi)部強烈的自熱效應(yīng)易導(dǎo)致其短路失效,此缺點阻礙了整個芯片品質(zhì)的整體提升,因此研究SOI-LIGBT器件的短路能力具有重要意義。本論文對SOI-LIGBT器件的短路特性進行了深入研究,從器件的結(jié)構(gòu)和版圖角度分別進行了設(shè)計。首先,本論文根據(jù)短路測試和模擬仿真結(jié)果確定了傳統(tǒng)器件短路失效的原因為器件鳥嘴區(qū)電場與電流過于集中導(dǎo)致的該區(qū)域提前熱擊穿。然后,通過建立SOI-LIGBT器件在短路狀態(tài)下的熱模型,由此得到了器件關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)和摻雜濃度對器件內(nèi)部熱分布的影響。進而,根據(jù)建模結(jié)果提出了一種載流子積累層槽柵蛇形溝道SOI-LIGBT器件(Carrier Storage Trench Snake-LIGBT, CSTS-LIGBT),該器件采用了槽柵蛇形溝道結(jié)構(gòu)和載流子積累層結(jié)構(gòu),最終實現(xiàn)了較強的短路能力。最后,本文對CSTS-LIGBT器件的工藝和版圖進行了設(shè)計,以適應(yīng)智能功率模塊的應(yīng)用。流片測試結(jié)果表明：本論文所設(shè)計的CSTS-LIGBT器件在25℃條件下和200℃條件下,短路時間分別達到了27.4μs和7.6us(Vge=5V,Vce=300V),并且其它靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)相比于傳統(tǒng)器件沒有發(fā)生退化,滿足了智能功率模塊中的應(yīng)用要求。
【關(guān)鍵詞】：智能功率模塊 短路特性 絕緣體上硅 絕緣柵雙極型晶體管
【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 智能功率模塊與SOI-LIGBT10-11
• 1.2 厚膜SOI-LIGBT器件短路特性優(yōu)化設(shè)計的必要性與挑戰(zhàn)11-13
• 1.2.1 厚膜SOI-LIGBT器件短路特性優(yōu)化設(shè)計的必要性11-13
• 1.2.2 厚膜SOI-LIGBT器件短路特性優(yōu)化設(shè)計的挑戰(zhàn)13
• 1.3 厚膜SOI-LIGBT器件結(jié)構(gòu)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 本文的主要工作與論文組織結(jié)構(gòu)17-20
• 1.4.1 主要工作及指標(biāo)17-18
• 1.4.2 論文組織結(jié)構(gòu)18-20
• 第二章 厚膜SOI-LIGBT工作原理及短路特性優(yōu)化設(shè)計理論20-44
• 2.1 厚膜SOI-LIGBT器件工作原理20-27
• 2.1.1 耐壓原理20-23
• 2.1.2 導(dǎo)通原理23-25
• 2.1.3 開關(guān)原理25-27
• 2.2 厚膜SOI-LIGBT器件短路失效27-33
• 2.2.1 厚膜SOI-LIGBT器件短路定義及過程27-30
• 2.2.2 厚膜SOI-LIGBT器件短路失效機理30-33
• 2.3 厚膜SOI-LIGBT器件短路特性優(yōu)化設(shè)計理論33-37
• 2.3.1 抗閂鎖能力的提高33-36
• 2.3.2 熱特性的提高36
• 2.3.3 抗過沖能力的提高36-37
• 2.4 SOI-LIGBT器件短路能力提升的常見結(jié)構(gòu)37-43
• 2.4.1 PN間隔結(jié)構(gòu)仿真分析37-39
• 2.4.2 SB-PSOI結(jié)構(gòu)仿真分析39-41
• 2.4.3 U型溝道結(jié)構(gòu)仿真分析41-43
• 2.5 本章小結(jié)43-44
• 第三章 550V厚膜SOI-LIGBT器件短路特性優(yōu)化設(shè)計44-72
• 3.1 550V厚膜SOI-LIGBT器件基本電學(xué)參數(shù)44-47
• 3.1.1 擊穿電壓特性45
• 3.1.2 電流能力特性45-46
• 3.1.3 閂鎖特性46
• 3.1.4 高溫及其可靠性特性46-47
• 3.2 550V厚膜SOI-LIGBT器件短路測試結(jié)果與分析47-53
• 3.2.1 短路測試及結(jié)果47-48
• 3.2.2 模擬分析48-53
• 3.3 550V厚膜SOI-LIGBT器件短路失效建模與改進結(jié)構(gòu)53-58
• 3.3.1 熱失效建模53-57
• 3.3.2 載流子積累層溝槽蛇形(CSTS-LIGBT)結(jié)構(gòu)的提出57-58
• 3.4 CSTS-LIGBT器件的設(shè)計與仿真分析58-71
• 3.4.1 閾值設(shè)計58-59
• 3.4.2 耐壓設(shè)計59-63
• 3.4.3 電流與短路折中設(shè)計63-71
• 3.5 本章小結(jié)71-72
• 第四章 550V厚膜CSTS-LIGBT器件結(jié)構(gòu)的流片及測試72-80
• 4.1 550V厚膜CSTS-LIGBT器件的工藝流程設(shè)計72-74
• 4.2 550V厚膜CSTS-LIGBT器件的版圖設(shè)計74-75
• 4.3 550V厚膜CSTS-LIGBT器件的測試結(jié)果75-78
• 4.3.1 閾值電壓測試75-76
• 4.3.2 耐壓測試76
• 4.3.3 電流測試76-77
• 4.3.4 閂鎖測試77
• 4.3.5 短路測試77-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 第五章 總結(jié)與展望80-82
• 5.1 總結(jié)80
• 5.2 展望80-82
• 致謝82-84
• 參考文獻84-88
• 攻讀碩士學(xué)位期間的成果和發(fā)表的論文88

【參考文獻】

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 孔謀夫;新型半橋功率集成電路的研究[D];電子科技大學(xué);2013年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊春;SOI高壓集成電路的隔離技術(shù)研究[D];電子科技大學(xué);2006年

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本文編號：839749