【摘要】：隨著科學技術的飛速發(fā)展,電氣領域對于電力電子器件的性能要求也越來越高,IGBT作為重要的電力電子器件,其各方面性能也在不斷提升。人們不斷地對IGBT的結構進行改進,產(chǎn)生的結果就是:器件尺寸與功耗越來越小、性能與折中特性越來越優(yōu)越。溝槽式場截止型IGBT是當前IGBT中比較先進的,它的場截止結構能夠縮小器件的整體尺寸,減少拖尾電流的存在時間并且降低關斷功耗。器件的槽柵結構可以去除MOS部分的JFET區(qū)域,減少漂移區(qū)電阻,從而降低導通電壓。因此本論文針對溝槽式場截止型IGBT器件進行設計與仿真。論文包括以下主要內容:論文首先通過仿真實驗,比較不同工藝參數(shù)對器件性能的影響。仿真結果表明:對于器件的閾值電壓Vth,主要的影響參數(shù)是柵極的氧化層厚度以及P基區(qū)的摻雜濃度;對于器件的擊穿電壓(BV),主要的影響參數(shù)是漂移區(qū)的有效厚度和摻雜水平以及場截止層的摻雜濃度;對于器件的導通電壓,主要的影響參數(shù)是P基區(qū)和場截止層的摻雜水平;對于器件的關斷時間Toff,主要的影響參數(shù)是集電極端P+區(qū)的摻雜水平。之后根據(jù)仿真結果設計了一款溝槽式場截止型IGBT,通過Sentaurus TCAD的工藝模塊建立了器件模型并進行了電學特性測試,測試結果Vth=4.8V、Vcesat=2.76V、BV=1488V、Toff =160ns 與 目標參數(shù) Vth=5V、Vcesat=2.7V、BV=1500V、Toff =170ns誤差在百分之十之內,設計符合要求,說明合理控制工藝參數(shù)的重要性。IGBT研究的一項重要任務是發(fā)展它的緊湊模型。在實際的IGBT中,MOS管溝道(在IGBT的P基區(qū))采用的是變化摻雜。而緊湊模型中通常使用均勻摻雜來描述溝道特性。因此我們希望比較一下MOS管溝道變摻(Gradual)和均勻摻雜(Const)對IGBT的性能影響。此外我們用階梯摻雜(Step)的溝道來近似變摻(Gradual)溝道。這三種摻雜的器件仿真結果表明:Const模型對實際IGBT器件MOS管溝道的電學特性模擬還有所差距,階梯摻雜(Step)模型更能模擬實際器件的MOS管溝道特性。這樣在緊湊模型中可以采用兩個不同閾值電壓的MOS管串聯(lián)來對IGBT中的變摻溝道進行合理的描述。
【圖文】：

ＮＰＴ－ＩＧＢＴ），第三個階段為電場截止邋ＩＧＢＴ邋（Ｆｉｅｌｄ邋Ｓｔｏｐ邋ＩＧＢＴ，簡稱邋ＦＳ－ＩＧＢＴ）。逡逑１．２．１三種ＩＧＢＴ的結構逡逑？丁－１０８丁斤１１１１￡：１１１＾0１＾１１１０３１＇）結構如圖１－１＆）所示，是最“古老”的１０８１＇，在逡逑二十世紀八十年代占據(jù)主要地位，英飛凌第一代ＩＧＢＴ就是采用的ＰＴ技術１？１］。逡逑ＰＴ－ＩＧＢＴ的初始材料是高摻雜的Ｐ直拉單晶硅，制備過程中先形成高摻的緩沖層逡逑（Ｎ－ｂｕｆｆｅｒ層），之后以低摻雜濃度的Ｎ－型外延層構成器件的漂移區(qū)，然后在正面逡逑通過離子注入構成Ｐ－ｂａｓｅ、Ｎ邋ｓｏｕｒｃｅ作為元胞，最后按照需求減薄Ｐ型襯底。當需逡逑要的產(chǎn)品擊穿電壓較高時，器件的漂移區(qū)厚度比較大，這會使得制作的難度變大同逡逑時提高了生產(chǎn)成本。逡逑ＮＰＴ－ＩＧＢＴ（Ｎｏｎ－Ｐｕｎｃｈ邋Ｔｈｒｏｕｇｈ邋ＩＧＢＴ）結構如圖邋１－１邋ｂ）所示，它是西門子在邋１９８７逡逑年推出的，在二十世紀九十年代占據(jù)ＩＧＢＴ的主流。英飛凌第二代ＩＧＢＴ采用ＮＰＴ逡逑２逡逑

ＩＧＢＴ具有場效應管的優(yōu)點，場效應管通過改變柵極的結構形狀進而改善器件逡逑的電學特征，ＩＧＢＴ借鑒了場效應管的方法，將器件中的平面型柵極去掉，換成了逡逑溝槽式柵極，繼而也就有了現(xiàn)在主流的Ｔｒｅｎｃｈ邋ＩＧＢＴ。如圖１－２邋ａ）所示，在槽柵型逡逑ＩＧＢＴ中，過去的平面柵極已經(jīng)被矩形的溝槽柵極所替代，，這就使得器件元胞變小，逡逑那么在相同大小的一個晶圓上能夠嵌入更多的芯片，這也變相的降低了生成成本。逡逑除了面積上的減小，槽柵ＩＧＢＴ還利用干法刻蝕的工藝手段，將以前平面柵下的一逡逑塊Ｐ－ｂａｓｅ區(qū)內層和整個的ＪＦＥＴ區(qū)域給去除了。在平面柵極結構中，ＪＦＥＴ區(qū)域的電逡逑阻相對于器件全部電阻來說，比重較高。因為在槽柵ＩＧＢＴ中去除了邋ＪＦＥＴ區(qū)域，逡逑那這部分對映的電阻Ｒ；也就沒有了，那么在關斷功耗相同的條件下，可以用更小的逡逑導通壓降是器件開啟。當然，槽柵ＩＧＢＴ也有其自身的缺點，一個就是它的制備工逡逑藝流程中
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN322.8

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本文編號：2650616