内透明集电极IGBT（ITC-IGBT）与PT-IGBT、FS-IGBT的性能比较

首次对600 V平面型内透明集电极IGBT(ITC-IGBT)、PT-IGBT和FS-IGBT通态电压与关断能耗之间的折中曲线进行了仿真分析和比较.ITC-IGBT是在PT-IGBT结构中的p+型衬底与n型缓冲层之间加入一层厚度很薄、掺杂浓度低于p+衬底的p型内透明集电区,并且在集电区之内、集电结附近设置具有很低过剩载流子寿命的载流子局域寿命控制层,从而实现透明集电极的效果.仿真结果表明,ITC-IGBT具有优良的综合性能,采用缓冲层浓度最优值的ITC-IGBT的折中曲线明显优于PT-IGBT与FS-IGBT.说明ITC-IGBT结构不仅能解决现有透明集电极IGBT超薄片加工工艺难度大的问题,还为进一步改善IGBT器件综合性能提供了新途径.     

内透明集电极绝缘栅双极晶体管温度特性的仿真研究

ITC-IGBT是新一类IGBT,它在PT-IGBT结构基础上,在集电区近集电结附近引入一局域载流子寿命控制(LCLC)层,只要该层内载流子寿命足够低,则LCLC层对其以下衬底内的空穴具有屏蔽作用,从而使集电区范围变窄、集电区电子有效扩散长度减小,可使器件集电区由非透明变成内透明。本论文首次对600V平面栅内透明集电极IGBT(ITC-IGBT)的温度特性进行了仿真研究,并与传统PT-IGBT进行了比较。仿真结果表明,ITC-IGBT不仅技术折衷曲线明显优于PT-IGBT,且电流零温度系数点以及关断损耗随温度的增加率也比PT-IGBT要低,这说明ITC-IGBT不仅具有优良的电参数指标,同时具有良好的热稳定性。是一类颇具潜力的低压快速IGBT。     

仿真研究变掺杂缓冲层技术对MOSFET抗SEB能力的改善

内透明集电极(Internal Transparent Collector,简称ITC)绝缘栅双极晶体管(IGBT)是新一类IGBT,其特点是在传统穿通型(PT)IGBT结构基础上,在集电区近集电结附近引入一局域载流子寿命控制(LCLC)区,从物理上屏蔽厚衬底中空穴的注入,使集电区范围变窄、集电区少子有效扩散长度减小,器件集电区由非透明变成内透明。本论文针对600V平面栅ITC IGBT的短路特性进行仿真研究,重点讨论LCLC区的位置及LCLC区内载流子寿命对器件短路的影响。结果显示,对一定的载流子寿命,随着LCLC区距集电结距离减小,器件短路性能增强;而对固定的LCLC区位置,随着LCLC区内载流子寿命降低,器件短路性能进一步改善。所有这些最终都可以归结于背发射极效率的影响。     

一种新结构IGBT——内透明集电区IGBT

本文对一种新的IGBT结构——“内透明集电区IGBT”（ITC-IGBT）进行了仿真研究。这种新结构的特点是在用外延片制造的传统的IGBT的P型集电区中距集电结很近的位置设置了一个具有极高过剩载流子复合速率的内部高复合层，同时适当降低高复合层以上P区掺杂浓度。仿真结果表明，无论是穿通型结构（有缓冲层）还是非穿通型结构（无缓冲层）的ITC—IGBT，在器件工作电流范围内都具有饱和电压正温度系数，解决了现有的用外延片制造的PT—IGBT所难以克服的饱和电压负温度系数的缺点，有利于IGBT的并联使用。对于1200V以下的IGBT，该新结构开辟了一种可以避免超薄片操作的简单的制造良好温度性能器件的途径。     

600 V高性能新型槽栅内透明IGBT的仿真

载流子存储层(CSL)可以改善IGBT导通态载流子分布,降低通态电压,但影响器件阻断能力。为了平衡载流子存储层对器件阻断能力的影响,在器件n-漂移区中CSL层处近哑元胞侧设计了p型埋层(p BL),利用电荷平衡的理念改善电场分布,并借助ISE-TACD仿真工具,依托内透明集电极(ITC)技术,研究了600 V槽栅CSL-p BL-ITC-IGBT电特性。为了保证器件承受住不小于10μs的短路时间,设置了哑元胞。在此基础上,仿真分析了CSL和p BL的尺寸及掺杂浓度、哑元胞尺寸等对器件特性的影响,并与普通的槽栅ITC-IGBT、点注入局部窄台面(PNM)ITC-IGBT的主要技术指标进行对比,给出CSL和p BL的尺寸及掺杂浓度的最佳范围。结果表明,合理的参数设计可使CSL-p BL-ITC-IGBT具有更优的技术折中曲线。     

基于高压大电流模块应用的3300V软穿通快速IGBT的设计

设计了3 300V/50A的软穿通型IGBT芯片(SPT IGBT),利用数值仿真软件MEDICI对其各项特性进行了仿真研究,包括静态特性、开关特性、动态雪崩特性、短路特性、电容特性和闩锁特性,在满足设计需求的同时重点进行动态失效特性仿真,验证了该器件的可靠性。仿真结果显示,器件的额定工作电流为50A、正向阻断电压为4 178.8V、阈值电压VTH为7.8V、导通压降为2.67V、短路电流为857A、工作电流为100A时的雪崩耐量为1.755J。利用局域载流子寿命控制的方法对器件进行优化后,器件的正向阻断电压仍为4 178.8V,导通压降为4.13V,没有明显的改变,关断时间由6 725.75ns降低到了1 006.49ns,关断速度提高了568%,大大提高了器件的性能,降低了损耗。     

基于MoO3和Re-Bphen修饰有机太阳能电池性能的研究

有机太阳能电池(OSCs)的性能与材料及器件结构密切相关。以MoO3为阳极缓冲层,有机金属配合物Re-Bphen为阴极缓冲层,制备了结构为ITO/MoO3/CuPc/C60/Re-Bphen/Al的OSCs。在标准太阳光照条件下,当MoO3和Re-Bphen的厚分别为5nm和8nm时实现了器件的最佳性能,能量转换效率(PCE)和器件寿命均显著提高。结合器件结构,分析了工作机制。     

低能量He离子注入局域寿命控制LIGBT的实验研究

提出了一种采用低能量大剂量He离子注入局域寿命控制的高速L IGBT,并对其进行了实验研究.粒子辐照实验结果显示与常规的L IGBT相比较,该器件的关断时间和正向压降的折中关系得到了改善.同时研究了当局域寿命控制区位于p+ - n结附近,甚至在p+阳极内时,该器件的正向压降和关断时间.结果显示当局域寿命控制区在p+ 阳极内时,仍然对关断时间和正向压降有影响     

电荷耦合内透明集电极IGBT设计与仿真北大核心CSCD

针对沟槽型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)栅电容较大、开关速度较慢的问题,基于内透明集电极(ITC)技术,将电荷耦合(CC)的思想应用于槽栅IGBT中。采用仿真工具MEDICI对电荷耦合内透明集电极IGBT(CC-ITC-IGBT)的击穿特性、导通特性和开关特性等进行了仿真研究,重点研究了电荷耦合区掺杂浓度和局域载流子寿命控制区(LCLC)载流子寿命对器件性能的影响,并和普通的槽栅内透明集电极IGBT进行了对比。结果表明,在给定的参数范围内,新结构在快速关断区域折中特性曲线更好,在低导通压降区域,优势变得不太明显,因而电荷耦合内透明集电极IGBT更适合做快速关断型。     

局域寿命控制NPT-IGBTs稳态模型

提出了局域寿命控制下的NPT-IGBT稳态模型.通过与二维器件数值仿真比较,表明模型结果和仿真结果能较好地吻合.基于该模型,详细地分析了局域寿命区的参数对器件正向特性的影响.通过对基区空穴浓度的分析,澄清了长期以来对于最优局域低寿命区位置的不同看法,将各种结论统一起来.     

局域寿命控制NPT-IGBTs稳态模型

提出了局域寿命控制下的NPT-IGBT稳态模型.通过与二维器件数值仿真比较,表明模型结果和仿真结果能较好地吻合.基于该模型,详细地分析了局域寿命区的参数对器件正向特性的影响.通过对基区空穴浓度的分析,澄清了长期以来对于最优局域低寿命区位置的不同看法,将各种结论统一起来.     

用局域寿命控制技术改善功率快恢复二极管性能的仿真研究

针对局域低寿命区的参数对快恢复硅功率二极管性能的影响进行了系统的仿真研究,得到了全面系统的研究结果,其中包括局域低寿命区在二极管中的位置不同和局域低寿命区中复合中心能级在禁带中的位置不同对快恢复二极管的反向恢复时间(trr)、反向恢复软度因子(S)、正向压降(VF)、漏电流(IR)等各个单项性能的影响,以及对trr-S、trr-VF和trr-IR等各项性能综合折衷的影响.这些结果对高速功率器件寿命工程研究和器件制造工程都有重要的参考价值.     

用局域寿命控制技术改善功率快恢复二极管性能的仿真研究

针对局域低寿命区的参数对快恢复硅功率二极管性能的影响进行了系统的仿真研究,得到了全面系统的研究结果,其中包括局域低寿命区在二极管中的位置不同和局域低寿命区中复合中心能级在禁带中的位置不同对快恢复二极管的反向恢复时间( trr)、反向恢复软度因子( S)、正向压降( VF)、漏电流( IR)等各个单项性能的影响,以及对trr- S、trr- VF 和trr- IR 等各项性能综合折衷的影响.这些结果对高速功率器件寿命工程研究和器件制造工程都有重要的参考价值.     

逆导型沟槽FS IGBT的设计与实现

逆导型沟槽场终止绝缘栅双极型晶体管(RC Trench FS IGBT)是一种新型的功率半导体器件,具有成本低、体积小、可靠性高等优点.设计并实现了一款1200V逆导型沟槽FS IGBT.重点研究了逆导型绝缘栅门极晶体管(RC IGBT)特有的回扫现象,以及如何从结构设计上消除回扫现象,其次,对RC IGBT在不同的载流子寿命下,进行了开关特性、反向恢复特性的仿真.研究结果发现随着载流子寿命的降低,其开关时间、反向恢复特性都有一定程度的改善.依据器件的最优化设计进行了流片.测试结果验证了不同设计对电流回扫现象的影响,以及不同少子寿命下导通特性和反向恢复特性的变化规律,器件的性能得到优化.     

一种高性能的新结构IGBT

提出了一种低功率损耗的新结构IGBT.该新结构的创新点在于其复合耐压层结构,该耐压层包括深扩散形成的n型缓冲层和硼注入形成的透明背发射区两部分.虽然在正常工作条件下,该新结构IGBT工作于穿通状态,但器件仍具有非穿通IGBT( NPT- IGBT)的优良特性.该新结构IGBT具有比NPT- IGBT更薄的芯片厚度,从而可以获得更好的通态压降和关断功耗之间的折衷.实验结果表明:与NPT- IGBT相比较,新结构IGBT的功率损耗降低了40     

一种高性能的新结构IGBT

提出了一种低功率损耗的新结构IGBT.该新结构的创新点在于其复合耐压层结构,该耐压层包括深扩散形成的n型缓冲层和硼注入形成的透明背发射区两部分.虽然在正常工作条件下,该新结构IGBT工作于穿通状态,但器件仍具有非穿通IGBT(NPT-IGBT)的优良特性.该新结构IGBT具有比NPT-IGBT更薄的芯片厚度,从而可以获得更好的通态压降和关断功耗之间的折衷.实验结果表明:与NPT-IGBT相比较,新结构IGBT的功率损耗降低了40%.     

一种新结构IGBT--内透明集电极IGBT的仿真

对新近提出的一种新结构的IGBT--内透明集电极IGBT进行了器件性能的仿真.这种IGBT是在传统非透明集电极IGBT结构基础上,通过在集电区内距离集电结很近处设置一个高复合层的方法,使器件在物理上实现了集电极对电子的透明,同时又避免了低压透明集电极IGBT制造过程中超薄片操作的技术难题.对器件的温度特性和关断特性进行了仿真研究,并与现行PT-IGBT和FS-IGBT进行了比较.仿真结果表明,通过合理调整内透明集电极IGBT的参数组合,可以使其在具有通态压降正温度系数的同时,又具有较快的关断速度,实现透明集电极IGBT的优良性能.     

一种新结构IGBT——内透明集电极IGBT的仿真

对新近提出的一种新结构的IGBT--内透明集电极IGBT进行了器件性能的仿真.这种IGBT是在传统非透明集电极IGBT结构基础上,通过在集电区内距离集电结很近处设置一个高复合层的方法,使器件在物理上实现了集电极对电子的透明,同时又避免了低压透明集电极IGBT制造过程中超薄片操作的技术难题.对器件的温度特性和关断特性进行了仿真研究,并与现行PT-IGBT和FS-IGBT进行了比较.仿真结果表明,通过合理调整内透明集电极IGBT的参数组合,可以使其在具有通态压降正温度系数的同时,又具有较快的关断速度,实现透明集电极IGBT的优良性能.     

一种新结构IGBT——内透明集电极IGBT的仿真研究

本文首次对新近提出的一种新结构的IGBT——内透明集电极IGBT进行了器件性能的仿真。这种IGBT是在传统非透明集电极IGBT结构基础上,通过在集电区内距离集电结很近处设置一个高复合层的方法,使器件在物理上实现了集电极对电子的透明,同时又避免了低压透明集电极IGBT制造过程中超薄片操作的技术难题。论文重点对器件的温度特性和关断特性进行了仿真研究,并与现行PT-IGBT和FS-IGBT进行了比较。仿真结果表明,通过合理调整内透明集电极IGBT的参数组合,可以使其具有通态压降正温度系数的同时,又具有较快的关断速度,实现透明集电极IGBT的优良性能。     

具有新型缓冲层的IGBT特性研究

为了降低低压场终止型IGBT的工艺难度并改善其关断特性,对注氢场终止型IGBT(PFS-IGBT)的缓冲层进行了研究,引入了传统场终止型IGBT(FS-IGBT)和线性缓变掺杂场终止型IGBT(LFS-IGBT)来与PFS-IGBT作对比。PFS-IGBT的缓冲层通过多次注氢形成,从背面到内部的掺杂浓度依次降低,具有多个浓度峰值,厚度为20~30 μm。FS-IGBT的缓冲层掺杂浓度较高,厚度为5 μm。LFS-IGBT的缓冲层从背面到内部的掺杂浓度呈线性降低,其厚度为20~30 μm。采用Sentaurus TCAD对三种具有不同缓冲层结构的IGBT(600 V/40 A)的特性进行了分析。结果表明,PFS-IGBT通过控制注氢次数、剂量和能量可以获得最优的掺杂分布,器件性能与LFS-IGBT相当,比FS-IGBT拥有更平缓的电流关断波形和更强的短路坚固性。