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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

3300 V FS型IGBT器件研制

基于现有仿真及工艺平台,设计一款3 300V/50A场截止型绝缘栅双极晶体管器件(FS-IGBT),元胞采用场截止型平面栅结构,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,降低导通状态的饱和压降。采用二维数值仿真主要研究了FS结构以及P~+集电极掺杂参数对器件性能的影响,通过参数拉偏仿真,重点分析了FS层和集电极P区注入剂量对器件参数的影响,确认了最佳的工艺窗口条件。通过合作方工艺平台对最终的结构进行了加工,最终测试结果显示IGBT器件通态压降为2.8V,击穿电压大于4 250V,关断损耗37mJ,开通损耗50mJ。     

一种具有低寿命区的阳极短路4H-SiC IGBT仿真研究

传统沟槽型4H-SiC IGBT中关断损耗较大,导通压降和关断损耗难以折中。针对此问题,文中提出了发射极区域含有低寿命区,同时集电区引入阶梯型集电极的LS-IGBT结构来降低器件的关断损耗。通过同时控制集电区注入的空穴载流子数量和P基区载流子的寿命,在基本维持器件击穿电压的前提下降低器件的关断损耗。使用Silvaco Atlas器件仿真工具对改进结构进行特性仿真分析,并与传统结构进行对比。仿真结果显示,在击穿电压一致的前提下,新结构的关断损耗提升了84.5 %,同时器件的导通压降降低了8.3 %,证明了设计思想的正确性。     

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。     

IGBT集电结局域寿命控制的比较与分析

新型的电场终止型绝缘栅双极晶体管(FS-IGBT)改善了传统穿通型(PT)IGBT性能上的不足,但对于1 200 V以下器件需要超薄片加工。为打破加工技术的限制,用简易的厚片工艺实现薄片性能,可以在集电结附近设置载流子局域寿命控制层(LCLC)来改善器件性能。目前有两种方案:将LCLC区置于集电区内形成内透明集电极IGBT(ITC-IGBT);或置于缓冲层内,形成缓冲层局域寿命控制IGBT。对这两种结构的600 V器件结合具体参数进行了仿真和比较。仿真结果表明,两种结构的器件可实现几近相同的折中特性,但当LCLC区位于缓冲层内时,需要更低的局域寿命,且更易发生通态特性的回跳现象,影响器件性能。因此将LCLC区置于集电区,即形成ITC-IGBT结构是一个更好的选择,为探索用厚片工艺制造高性能IGBT提供了必要的参考。     

具有积累层沟道的槽栅IGBT结构

提出了一种具有积累层沟道的槽栅IGBT结构。仿真结果表明：在阻断电压为1200V,集电极电流密度为100 A/cm2,温度分别为300K和400K下的情况下,积累层沟道槽栅IGBT的正向压降分别为1.5V 和2V而常规槽栅IGBT分别为1.7V和2.4V。新结构比常规槽栅IGBT具有更低的开态压降和更大的正向安全工作区。文中同时分析了积累层沟道槽栅IGBT的阻断特性和关断特性。     

带软关断和欠压保护的IGBT去饱和过流检测电路

基于0.4 μm标准BCD工艺,设计了一种带有软关断和欠压保护的IGBT去饱和过流检测电路(DESAT)。采用Cadence软件设计并搭建电路,在Hspice软件中进行仿真调试。结果表明,在开始一段时间,欠压锁定电路(UVLO)输出低电平,强制使器件处于关断状态;当UVLO输出高电平之后,DESAT被激活并开始检测集电极电压,一旦检测到集电极电压超过预设6.5 V阈值电压,便对器件执行软关断动作,软关断的持续时间为10 μs。该检测电路实现了UVLO和DESAT对IGBT的协同保护。     

高压大功率IGBT元器件开关特性的分析研究

自从IGBT器件出现之后,大量的研究人员对IGBT器件的开关特性进行了大量的研究,以便准确地预测和改善器件的开关瞬态特性.在实际应用中,IGBT器件的开关特性不仅和其物理结构、制作工艺以及工作的原理有着密切的关系,同时和其工作的环境也具有密切的关系.在IGBT器件工作的时候,常常受到驱动电压和电阻以及工作电压、集电极电流等的影响.因此研究工作环境对IGBT器件开关特性的影响,不断地改善其设计来优化其性能,成为研究的重点.论文详尽研究分析了功率器件IGBT的开关特性,对IGBT及其系统的理解、应用具有一定的指导意义.     

基于SDB技术的新结构PT型IGBT器件研制

报道了基于 SDB技术的新结构穿通 ( PT)型 IGBT器件的研制 .运用 SDB技术 ,实现了PT型 IGBT器件的 N+ 缓冲层的优化设计 ,也形成了 IGBT器件的正斜角终端结构 .研制出IGBT器件有较好的电击穿特性和关断特性 .     

基于SDB技术的新结构PT型IGBT器件研制

报道了基于SDB技术的新结构穿通(PT)型IGBT器件的研制.运用SDB技术,实现了PT型IGBT器件的N+缓冲层的优化设计,也形成了IGBT器件的正斜角终端结构.研制出IGBT器件有较好的电击穿特性和关断特性.     

一种低功耗4H-SiC IGBT的仿真研究

针对传统沟槽栅4H-SiC IGBT关断时间长且关断能量损耗高的问题,文中利用Silvaco TCAD设计并仿真了一种新型沟槽栅4H-SiC IGBT结构。通过在传统沟槽栅4H-SiC IGBT结构基础上进行改进,在N ⁺缓冲层中引入两组高掺杂浓度P区和N区,提高了N ⁺缓冲层施主浓度,折中了器件正向压降与关断能量损耗。在器件关断过程中,N ⁺缓冲层中处于反向偏置状态的PN结对N ^-漂移区中电场分布起到优化作用,加速了N ^-漂移区中电子抽取,在缩短器件关断时间和降低关断能量损耗的同时提升了击穿电压。Silvaco TCAD仿真结果显示,新型沟槽栅4H-SiC IGBT击穿电压为16 kV,在15 kV的耐压设计指标下,关断能量损耗低至4.63 mJ,相比传统结构降低了40.41%。     

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     

一种具有新耐压层结构的IGBT

介绍了一种具有新型耐压层结构的IGBT——低功耗IGBT。新结构用三重扩散的方法在n- 单晶片上引入了n 缓冲层。保留了NPT-IGBT中薄而轻掺杂的背p 层和高载流子寿命的本质优点,同时又具有PT-IGBT中n-/n 双层复合的薄耐压层 (即薄基区) 的优点。计算机仿真得出,新结构IGBT的关断损耗比传统的IGBT减小50%左右。针对LPL-IGBT的创新点——新耐压层结构,我们还进行了优化仿真。     

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。