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。     

1700 V精细沟槽栅IGBT器件设计

为了改善绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件关断损耗和导通压降之间的折中关系,同时降低器件制造成本,基于1 700 V电压平台设计了一种采用精细沟槽栅结构的IGBT。采用TCAD软件进行仿真,研究衬底电阻率、衬底厚度、沟槽栅深度、沟槽栅宽度、载流子存储层注入剂量、沟槽栅元胞结构等因素对精细沟槽栅IGBT器件性能参数的影响,确定了最优工艺参数,并对1 700 V精细沟槽栅IGBT芯片进行流片和封装。测试结果显示,相比普通沟槽栅IGBT模块,1 700 V精细沟槽栅IGBT模块在芯片面积减小34.2%的情况下,关断损耗降低了8.6%,导通压降仅升高5.5%,器件性价比得到了优化。     

3300V逆导型IGBT器件仿真

基于现有仿真平台,设计一款3 300V/50A逆导型绝缘栅双极晶体管器件(逆导型IGBT或RC-IGBT),元胞采用场截止型平面栅结构,元胞设计中采用载流子增强技术(EP),元胞注入采用自对准工艺,背面P型集电极采用透明集电极技术,降低IGBT工作模式下的饱和压降。采用二维数值仿真研究了器件结构及结构参数对器件性能的影响,通过结构参数拉偏,折衷优化IGBT与内集成二极管的性能参数,仿真得到的3 300V/50A逆导型IGBT器件饱和压降为3.4V,二极管导通压降为2.3V,阈值电压为5.6V,击穿电压为4 480V,与相同电压等级的分立IGBT器件和二极管性能相当。     

英飞凌为感应加热应用推出新一代逆导IGBT

英飞凌科技股份公司推出单片集成逆导二极管的20A1350v器件，再次扩充逆导（RC）软开关IGBT（绝缘栅双极型晶体管）产品组合。新的2tIARC—H5是对英飞凌性能领先的RC—H系列的扩展．重点关注感应加热应用的系统效率和高可靠性要求．     

一种低反向恢复电流的无电压回跳RC-IGBT设计

提出了一种无电压回跳的逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT)结构,在集电极侧场截止层下方加入了一个N型层作为高阻层且把N+集电区部分替换为P型薄层,通过加入的N型高阻层增加集电极电阻,同时用P型薄层保证在初始导通时集电区的空穴能够在第一时间注入,消除了电压回跳现象,并且使器件的反向恢复电流峰值降低了15 A/cm³,同时改善了器件的关断特性,关断时间减小了103 ns。相较于传统FS RC-IGBT,反向恢复峰值电流降低了33.3%,关断时间减小了9.93%。     

RC-H5：二极管

英飞凌科技股份公司推出单片集成逆导二极管的20A1350V器件,再次扩充逆导（RC）软开关IGBT（绝缘栅双极型晶体管）产品组合。新的20ARC-H5是对英龟凌性能领先的RC-H系列的扩展,重点关注感应加热应用的系统效率和高可靠性要求。     

高压Trench IGBT的研制

介绍了当前绝缘栅双极晶体管(IGBT)的几种结构及沟槽型IGBT的发展现况,分析了高电压沟槽型非穿通(NPT)IGBT的结构及工艺特点。通过理论分析计算出初步器件的相关参数,再利用ISE仿真软件模拟器件的结构及击穿和导通特性,结合现有沟槽型DMOS工艺流程,确定了器件采用多分压环加多晶场板的复合终端、条状元胞、6μm深度左右沟槽、低浓度背面掺杂分布与小于180μm厚度的器件结构,可以很好地平衡击穿特性与导通特性对器件结构的要求。成功研制出1 200 V沟槽型NPT系列产品,并通过可靠性考核,经过电磁炉应用电路实验,结果表明IGBT器件可稳定工作,满足应用要求。该设计可适合国内半导体生产线商业化生产。     

Trench SJ IGBT 的仿真研究

本文对沟槽型超结绝缘栅双极晶体管(trench SJ IGBT)进行了全面的分析,并通过Sentaurus TCAD仿真软件将其与沟槽型场截止绝缘栅双极晶体管(trench FS IGBT)进行了详尽的对比,仿真结果显示,在相同的条件下与trench FS IGBT 相比,trench SJ IGBT 的击穿电压提高了100 V,饱和导通压降降低了0.2 V,关断损耗减少了50%。最后,文章研究了电荷不平衡对trench SJ IGBT 的动静态参数的影响。对各参数和它们对电荷不平衡的灵敏度之间的折中进行了讨论。     

1200V场终止型绝缘栅双极晶体管的ADE物理建模及参数提取

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是微电子学研究的热点之一,而相关电路仿真迫切需要该器件的等效模型.本文提出基于傅里叶解双极扩散方程（ADE）的1200V场终止型IGBT物理模型,通过RC电路等效漂移区载流子分布,精确求解双极扩散方程.该模型针对大功率IGBT的工作原理,采用大注入假设条件,在综合分析场终止层的同时,根据1200V场终止型IGBT的特点考虑漂移区载流子的复合效应.在提取器件模型所需的关键参数后,用实际IGBT的测量结果对该模型的仿真结果进行了验证,通过分析静态以及关断瞬态特性曲线,仿真与实验数据误差均值小于8%,证明所建模型及参数提取方法的精确度.     

英飞凌扩展其逆导软开关IGBT产品组合

英飞凌科技股份公司日前宣布推出一款单片集成逆导二极管的650V器件,再次扩展其最新一代逆导软开关IGBT（绝缘栅双极晶体管）产品线。英飞凌的RC—H5系列产品性能卓越,而颓推出的这款器件更将显著扩大RC—H5系列产品的应用范围。（来自英飞凌）     

Reverse‐Conducting IGBT Using MEMS Technology on the Wafer Back Side

In this paper, we present a 600‐V reverse conducting insulated gate bipolar transistor (RC‐IGBT) for soft and hard switching applications, such as general purpose inverters. The newly developed RC‐IGBT uses the deep reactive‐ion etching trench technology without the thin wafer process technology. Therefore, a freewheeling diode (FWD) is monolithically integrated in an IGBT chip. The proposed RC‐IGBT operates as an IGBT in forward conducting mode and as an FWD in reverse conducting mode. Also, to avoid the destructive failure of the gate oxide under the surge current and abnormal conditions, a protective Zener diode is successfully integrated in the gate electrode without compromising the operation performance of the IGBT.     

一种有强健的续流开关的新型槽栅逆导IGBT

The phenomenon that the wide P-emitter region in the conventional reverse conducting insulated gate bipolar transistor （RC-IGBT） results in the non-uniform current distribution in the integrated freewheeling diode （FWD）, and then causes a parasitic thyristor to latch-up during its reverse-recovery process, which induces a hot spot in the local region of the device is revealed for the first time. Furthermore, a novel RC-IGBT based on double trench IGBT is proposed. It not only solves the snapback problem but also has uniform current distribution and high ruggedness during the reverse-recovery process.     

一种基于肖特基二极管的逆导型SOI-LIGBT

提出了一种逆导型(RC)SOI-LIGBT。通过在LIGBT阳极发射结反向并联一个肖特基二极管,在没有增大LIGBT正向导通压降的情况下,消除了传统阳极短路RC-LIGBT在正向导通时的电压折回效应。通过二维仿真软件对器件稳态、瞬态的电学特性进行了分析。仿真结果表明,与传统的SOI-LIGBT、续流二极管相比,该RC-LIGBT具有更高的击穿电压,且击穿电压不受阳极掺杂浓度的影响。该器件的反向恢复电荷减小了15.2%,软度因子提高一倍以上。     

埋栅型电力静电感应晶闸管的Ⅰ-Ⅴ特性反向转折机理

研究了静电感应晶闸管的反向转折特性.当工作在正向阻断态的阳极电压增大到某一临界值时,静电感应晶闸管的Ⅰ-Ⅴ曲线呈现出反向转折特性,甚至转向导通态.在综合考虑了工作机理、双注入效应、空间电荷效应、沟道中的电子-空穴等离子体和载流子寿命变化的基础上分析了静电感应晶闸管的反向转折特性.首次给出了反向转折机理的理论解释,并给出了估算转折电压和电流的数学表达式,在常用工艺参数范围内,计算结果和实验测量值基本一致.     

埋栅型电力静电感应晶闸管的I-V特性反向转折机理

研究了静电感应晶闸管的反向转折特性．当工作在正向阻断态的阳极电压增大到某一临界值时,静电感应晶闸管的I-V曲线呈现出反向转折特性,甚至转向导通态．在综合考虑了工作机理、双注入效应、空间电荷效应、沟道中的电子一空穴等离子体和载流子寿命变化的基础上分析了静电感应晶闸管的反向转折特性．首次给出了反向转折机理的理论解释,并给出了估算转折电压和电流的数学表达式,在常用工艺参数范围内,计算结果和实验测量值基本一致．     

具有沟槽阳极短路的新型沟槽栅场截止绝缘栅双极晶体管

文章提出了一种新型的具有沟槽阳极短路的槽栅场截止型绝缘栅双极晶体管结构。通过引入沟槽短路阳极结构,器件的击穿电压得到了明显提高。仿真结果显示,相比于传统的场截止型绝缘栅双极晶体管,新结构提高了19.5 %的击穿电压,而且新结构具有更小的漏电流。在电流密度为150 A/cm2 时,新结构虽然提高了近百分之九的导通压降,但是关断时间只有传统结构的一半。此外,新结构导通时没有负阻效应。因此,新结构具有更好的关断功耗与导通压降的折中关系。     

Perimeter governed minority carrier lifetimes in 4H-SiC p+n diodes measured by reverse recovery switching transient analysis

Minority carrier lifetimes in epitaxial 4H-SiC p⁺n junction diodes were measured via an analysis of reverse recovery switching characteristics. Behavior of reverse recovery storage time (t_s) as a function of initial ON-state forward current (I_F) and OFF-state reverse current (I_R) followed well-documented trends which have been observed for decades in silicon p⁺n rectifiers. Average minority carrier (hole) lifetimes (τ_p) calculated from plots of t_s vs I_R/I_F strongly decreased with decreasing device area. Bulk and perimeter components of average hole lifetimes were separated by plotting 1/τ_p as a function of device perimeter-to-area ratio (P/A). This plot reveals that perimeter recombination is dominant in these devices, whose areas are all less than 1 mm². The bulk minority carrier (hole) lifetime extracted from the 1/τ_p vs P/A plot is approximately 0.7 μs, well above the 60 ns to 300 ns average lifetimes obtained when perimeter recombination effects are ignored in the analysis. Given the fact that there has been little previous investigation of bipolar diode and transistor performance as a function of perimeter-to-area ratio, this work raises the possibility that perimeter recombination may be partly responsible for poor effective minority carrier lifetimes and limited performance obtained in many previous SiC bipolar junction devices.     

电子辐照对槽栅IGBT器件参数影响分析

功率器件IGBT由于其优异特性而广泛应用于电机、电焊机和功率开关等领域,是功率器件的主流产品之一。本文首先介绍了电子辐照技术在改善IGBT关断时间的应用,以及该技术在槽栅IGBT应用中出现的异常现象,并提出了改善此类异常现象的器件制造方法。