本文關(guān)鍵詞：高速高壓FS-IGBT新結(jié)構(gòu)研究

  更多相關(guān)文章： 場截止絕緣柵晶體管 關(guān)斷時間 導(dǎo)通壓降 擊穿電壓 負阻現(xiàn)象

【摘要】：本文簡要介紹了絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)的發(fā)展歷史和基本工作原理,較為全面地總結(jié)了國內(nèi)外降低高壓IGBT關(guān)斷時間、優(yōu)化導(dǎo)通-關(guān)斷功耗折衷關(guān)系的研究進展與現(xiàn)狀。接著從結(jié)構(gòu)角度出發(fā),研究提出了三種新型場截止型(Field Stop,FS)-IGBT結(jié)構(gòu)。在改善高壓FS-IGBT通態(tài)-關(guān)斷折衷關(guān)系的同時大幅提高了器件的耐壓:溝槽陽極短路(Trench Shorted Anode,TSA)-FS-IGBT結(jié)構(gòu):在陽極引入槽型氧化層并填充電極形成陽極短路結(jié)構(gòu),從而大幅降低了器件的關(guān)斷時間。結(jié)合MEDICI器件仿真工具和器件物理知識,詳細分析了陽極溝槽長度和厚度對TSA-FS-IGBT耐壓、通態(tài)特性(包括Snapback現(xiàn)象,飽和特性,溫度特性和電流均勻性)及關(guān)斷特性的影響。結(jié)果表明,在1200V級阻斷電壓下,TSA-FS-IGBT比傳統(tǒng)FS-IGBT結(jié)構(gòu)耐壓高257V(約19.5%)。且TSA-FS-IGBT具有更好的功耗折衷關(guān)系。此外,TSA-FS-IGBT可以完全消除Snapback現(xiàn)象。陽極氧化埋層(Anode Buried Oxide,ABO)-FS-IGBT結(jié)構(gòu):基于TSA-FS-IGBT結(jié)構(gòu),ABO-FS-IGBT在陽極只引入一薄氧化層。薄氧化層同樣能在阻斷時引入電子積累層以提高擊穿電壓。仿真分析了器件的埋層長度和厚度對耐壓、通態(tài)特性(包括Snapback現(xiàn)象,飽和特性,溫度特性和電流均勻性)和關(guān)斷時間的影響。仿真結(jié)果表明,ABO-FS-IGBT的耐壓可達到1551V(較傳統(tǒng)FS-IGBT提高約17.9%),略低于TSA-FS-IGBT,但功耗折衷關(guān)系更優(yōu)。陽極浮空P型埋層(Floating P-type Layer,FPL)-FS-IGBT結(jié)構(gòu):ABO-FS-IGBT雖然簡化了工藝步驟,但是在器件背面制作氧化層還是較為復(fù)雜。FPL-FS-IGBT在陽極通過離子注入即可引入P型浮空埋層。綜合考慮耐壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷功耗的條件下,結(jié)合器件仿真結(jié)果和器件理論得到了優(yōu)化的P埋層長度、濃度和厚度。此外,還分析了不同器件參數(shù)下陽極NPN晶體管開啟對器件關(guān)斷時間的影響。FPL-FS-IGBT耐壓較傳統(tǒng)FS-IGBT提高了182V(約14%)且具有更好的通態(tài)-關(guān)斷折衷關(guān)系。
【關(guān)鍵詞】：場截止絕緣柵晶體管 關(guān)斷時間 導(dǎo)通壓降 擊穿電壓 負阻現(xiàn)象
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(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4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 IGBT發(fā)展概述9-10
• 1.2 高速高壓IGBT發(fā)展現(xiàn)狀10-16
• 1.3 本文主要內(nèi)容與工作16-18
• 第二章 IGBT基本原理與MEDICI簡介18-30
• 2.1 IGBT的基本結(jié)構(gòu)18-21
• 2.1.1 NPT-IGBT和PT-IGBT18-20
• 2.1.2 Trench Gate IGBT20-21
• 2.2 IGBT基本工作狀態(tài)21-27
• 2.2.1 阻斷狀態(tài)21-23
• 2.2.2 正向?qū)顟B(tài)23-26
• 2.2.3 開關(guān)狀態(tài)26-27
• 2.3 MEDICI簡介及使用27-29
• 2.3.1 物理方程和模型比較27-29
• 2.3.2 使用及注意事項29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 溝槽陽極短路FS-IGBT結(jié)構(gòu)研究30-44
• 3.1 溝槽短路陽極FS-IGBT的結(jié)構(gòu)及工作原理30-31
• 3.2 新器件結(jié)構(gòu)的思想萌芽31-33
• 3.3 TSA-FS-IGBT的轉(zhuǎn)移特性和正向阻斷分析33-36
• 3.3.1 TSA-FS-IGBT的轉(zhuǎn)移特性33
• 3.3.2 TSA-FS-IGBT正向阻斷性能仿真與分析33-36
• 3.4 TSA-FS-IGBT的導(dǎo)通特性及參數(shù)優(yōu)化36-41
• 3.4.1 導(dǎo)通特性及Snapback現(xiàn)象的消除36-38
• 3.4.2 電導(dǎo)調(diào)制過程及載流子分布38-39
• 3.4.3 飽和特性、電流均勻性和溫度特性39-41
• 3.5 TSA-FS-IGBT的關(guān)斷特性與折衷關(guān)系41-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第四章 具有陽極氧化埋層的FS-IGBT結(jié)構(gòu)研究44-56
• 4.1 陽極氧化埋層FS-IGBT結(jié)構(gòu)與工作原理44-46
• 4.2 ABO-FS-IGBT的正向阻斷特性及原理46-47
• 4.3 ABO-FS-IGBT的正向阻斷參數(shù)優(yōu)化47-49
• 4.3.1 氧化埋層長度的影響48
• 4.3.2 氧化埋層厚度及漂移區(qū)短路厚度的影響48-49
• 4.4 ABO-FS-IGBT的導(dǎo)通特性及參數(shù)優(yōu)化49-54
• 4.4.1 負阻分析及氧化層長度L2對導(dǎo)通特性的影響49-50
• 4.4.2 氧化層厚度T2對導(dǎo)通特性的影響及優(yōu)化50-51
• 4.4.3 電導(dǎo)調(diào)制過程及載流子分布51-52
• 4.4.4 器件飽和特性、電流均勻性及溫度特性52-54
• 4.5 ABO-FS-IGBT的關(guān)斷特性及折衷關(guān)系分析54-55
• 4.6 本章小結(jié)55-56
• 第五章 陽極浮空P型埋層FS-IGBT結(jié)構(gòu)研究56-70
• 5.1 陽極浮空P型埋層FS-IGBT的結(jié)構(gòu)與工作原理56-58
• 5.2 阻斷特性及相關(guān)參數(shù)優(yōu)化58-62
• 5.2.1 阻斷性能仿真58-60
• 5.2.2 埋層長度的阻斷性能優(yōu)化60-61
• 5.2.3 埋層濃度及厚度的阻斷性能優(yōu)化61-62
• 5.3 導(dǎo)通特性及相關(guān)參數(shù)優(yōu)化62-65
• 5.3.1 負阻分析及埋層長度與濃度的通態(tài)性能優(yōu)化62-64
• 5.3.2 埋層厚度的通態(tài)性能優(yōu)化64-65
• 5.4 電導(dǎo)調(diào)制過程65-66
• 5.5 關(guān)斷性能參數(shù)優(yōu)化及折衷關(guān)系66-69
• 5.5.1 埋層長度對關(guān)斷時間的影響66-67
• 5.5.2 埋層濃度及厚度對關(guān)斷時間的影響67-68
• 5.5.3 NPN晶體管開啟對關(guān)斷時間的影響68-69
• 5.5.4 折衷關(guān)系69
• 5.6 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 總結(jié)70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻72-75
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文75-76
• 附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間申請的專利76-77
• 附錄3 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目77-78
• 致謝78

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本文編號：909616