本文關(guān)鍵詞：IGBT的輻照效應(yīng)仿真分析與加固研究

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【摘要】：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)以其優(yōu)良的頻率特性和控制能力成為電力電子技術(shù)領(lǐng)域廣泛關(guān)注的對(duì)象。其具有的MOS柵和雙極型晶體管混合結(jié)構(gòu)使得其具有了更好的導(dǎo)通壓降、開關(guān)頻率折中特性,更低的器件損耗和更好的安全工作區(qū)(SOA)使得IGBT成功具有了良好的控制能力和導(dǎo)通電導(dǎo)調(diào)制的綜合優(yōu)點(diǎn)。然而,功率器件普遍存在抗輻照性能較差的情況,嚴(yán)重影響到該類器件在輻照環(huán)境中的應(yīng)用。本文針對(duì)性的研究了IGBT及其部分衍生結(jié)構(gòu)的抗輻照特性,涉及的輻照損傷機(jī)理包含單粒子和總劑量效應(yīng)。首先,本文介紹了輻照的基本原理和IGBT幾種基本結(jié)構(gòu),針對(duì)輻照可能對(duì)IGBT電學(xué)特性的影響做了說明,并闡述了總劑量效應(yīng)和單粒子效應(yīng)的TCAD仿真方法。其次,本文用線性能量轉(zhuǎn)移值LET(Linear Energy Transfer)來模擬單粒子入射對(duì)器件的作用,將對(duì)應(yīng)的參數(shù)導(dǎo)入TCAD中進(jìn)行單粒子輻照仿真,分析了阻斷態(tài)下單粒子入射的情形,研究了單粒子入射后電子空穴對(duì)的產(chǎn)生和再分布過程,并基于此比較了NPT-IGBT、PT-IGBT、Trench-IGBT抗單粒子輻照的能力,隨后通過仿真探究了局部降低載流子壽命(LCLCR:Low Carrier Lifetime Control Region)對(duì)于IGBT元胞抗單粒子效應(yīng)的影響,并基于上述研究分析了可能的抗單粒子輻照加固方案,將總劑量效應(yīng)對(duì)器件的影響轉(zhuǎn)化為量化的對(duì)氧化層和界面態(tài)的影響,并將相關(guān)參數(shù)應(yīng)用于TCAD仿真軟件中。最后,設(shè)計(jì)了一種耐壓為1200V的NPT-IGBT器件,對(duì)其阻斷、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性其進(jìn)行了仿真優(yōu)化,隨后研究了該元胞和結(jié)終端結(jié)構(gòu)的抗輻照特性,并完成了工藝和版圖的設(shè)計(jì)及器件初步測試。
【關(guān)鍵詞】：IGBT元胞 結(jié)終端 總劑量效應(yīng) 單粒子效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN322.8
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 選題背景和研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3 本文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)13-15
• 第二章 IGBT器件結(jié)構(gòu)和核輻射基本理論15-33
• 2.1 IGBT器件基本類型與原理簡介15-19
• 2.1.1 NPT型IGBT15-17
• 2.1.2 PT型IGBT17-18
• 2.1.3 Trench型IGBT18-19
• 2.2 輻射環(huán)境和損傷機(jī)制19-24
• 2.2.1 常見輻射環(huán)境19-21
• 2.2.2 位移損傷機(jī)制21-23
• 2.2.3 電離輻射損傷機(jī)制23-24
• 2.3 電離輻射對(duì)器件作用24-28
• 2.3.1 總劑量效應(yīng)25-26
• 2.3.2 單粒子效應(yīng)26-28
• 2.4 輻射參數(shù)的量化與其在TCAD軟件中的模擬方式28-32
• 2.4.1 量化方式28-30
• 2.4.2 參數(shù)導(dǎo)入方式30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 IGBT輻射效應(yīng)研究33-52
• 3.1 IGBT的單粒子效應(yīng)研究33-47
• 3.1.2 單粒子入射對(duì)NPT-IGBT的影響34-39
• 3.1.3 單粒子入射對(duì)PT型IGBT的影響39-41
• 3.1.4 單粒子入射對(duì)Trench-IGBT的影響41-43
• 3.1.5 LCLCR對(duì)IGBT抗單粒子輻照的影響43-46
• 3.1.6 加固方向46-47
• 3.2 IGBT結(jié)終端總劑量效應(yīng)研究47-51
• 3.2.1 常規(guī)結(jié)終端結(jié)構(gòu)47-50
• 3.2.2 雙側(cè)交錯(cuò)場板結(jié)終端結(jié)構(gòu)50-51
• 3.3 本章小結(jié)51-52
• 第四章 高壓IGBT器件設(shè)計(jì)52-74
• 4.1 IGBT元胞設(shè)計(jì)52-65
• 4.1.1 阻斷特性仿真52-56
• 4.1.2 導(dǎo)通特性仿真56-61
• 4.1.3 動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)61-64
• 4.1.4 抗輻照仿真分析64-65
• 4.2 高耐壓終端設(shè)計(jì)65-70
• 4.2.1 IGBT結(jié)終端仿真優(yōu)化65-66
• 4.2.2 IGBT結(jié)終端總劑量效應(yīng)研究66-70
• 4.3 工藝與版圖70-71
• 4.4 初步測試結(jié)果71-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 第五章 結(jié)論與展望74-76
• 5.1 本文工作總結(jié)74-75
• 5.2 工作展望75-76
• 致謝76-77
• 參考文獻(xiàn)77-81
• 攻碩期間取得的研究成果81-82

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本文編號(hào)：797024