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。     

1700V/100A平面型NPT-IGBT静态特性研究

基于现有工艺平台设计一款1 700V/100A非穿通型绝缘栅双极晶体管器件(Non punch through insulator gate bipolar transistor,简称NPT-IGBT),元胞采用平面型结构,元胞注入采用自对准工艺,背发射极采用透明集电极技术,对其静态特性进行工艺仿真。仿真结果显示,调整P阱注入剂量及P阱推结时间可以改变器件的阈值电压,调整P阱及背面P+集电极注入剂量可以改变器件的饱和电压。将此设计进行流片验证,结果显示击穿电压在2 100V以上,饱和压降在2.5~2.7V之间,阈值电压在3.9~5.9V之间,实测值和仿真值相差不大,在误差接受范围之内。     

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。     

1200V沟槽栅/平面栅场截止型IGBT短路耐量特性研究

研究了沟槽栅与平面栅结构1 200V/20A场截止(Field-stop)型(绝缘栅双极型晶体管)(IGBT)的短路耐量特性,从测试电路参数与器件本身的结构与工艺两方面对具有沟槽栅及平面栅结构的场截止型IGBT进行了探究,其中热耗散为引起击穿的主要原因。实际制作了沟槽栅-场截止型IGBT,采用优化的正面沟槽结构结合背面场截止薄片工艺,选择了合适的集电极-发射极间的饱和电流保证器件具有较低的导通压降的同时减少了焦耳热的产生,提升了芯片自身的抗短路能力(tsc>12μs),有利于沟槽栅IGBT应用的可靠性。     

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。     

漏电低短路能力强的3300 V IGBT模块

为实现满足电网应用要求的短路能力强、反向偏置安全工作区大、工作结温高的3 300 V高压绝缘栅场效应晶体管模块,提出了一种具有N型增强层的IGBT元胞结构,采用P型隔离区的元胞布局结构和台阶形场板的保护环结构的IGBT设计。基于203.2 mm（8英寸）平面栅IGBT加工工艺,制作出的芯片封装成3 300 V/1 500 A的IGBT模块。模块常温下的饱和压降(V₍C_Esat)为2.55 V,动态总损耗(E_tot)为5 236 mJ;高温150℃下的V_CEsat为3.3 V,集电极和发射极间的漏电流(I_CES)只有38 mA,Etot为7 157 mJ。在常温时,当栅极和发射极电压(V_GE)为18.5 V的条件下,模块通过了一类短路测试。在150℃下,模块通过了2.5倍额定电流的反向偏置关断测试。     

压接式IGBT芯片的研制

基于现有工艺平台开发了一款具有自主知识产权的3 300V/50A非穿通型(NPT)压接式IGBT芯片。该芯片元胞采用平面型结构,元胞注入采用自对准工艺,背发射极采用透明集电极技术。为适用于压接封装,避免压力对MOS沟道的影响,在有源区淀积第二层厚金属铝,并在JFET区上方用场氧垫高。终端采用场环+多级场板复合结构,结合横向的场终止技术,实现高效率的终端结构设计。将此设计进行流片验证,测试结果显示击穿电压4 200V以上,饱和压降3.75V,阈值电压7.1V,实测值和仿真值相差不大。将压接式芯片封装成3 300V/600A压接式模块,饱和压降较芯片级偏小0.05V。     

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。     

一种高压大电流IGBT的设计与实现

提出了高压绝缘栅双极晶体管(IGBT)的设计方法,根据国内现有工艺水平,设计了1 700 V/100 A高压大电流的NPT-IGBT,包括其元胞结构、终端结构、工艺流程及版图的设计。通过分析及仿真确定元胞的结构参数;采用场限环与场板相结合的终端结构,讨论场板的设置对终端结构的影响,提出了多晶硅场板设置的方案;流片完成后进行半桥模块的封装,并对模块进行了测试。击穿电压达1 700 V以上,栅发射极漏电流小于80 nA、关断时间小于800 ns、关断功耗小于30 mJ,均达到设计要求。导通饱和压降3.5 V(略高),可通过增大芯片尺寸的方法加以改进。     

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%。