15kV碳化硅基功率IGBT器件設(shè)計.pdf

1、第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅(Silicon Carbide，SiC)有優(yōu)異的性能，尤其是高臨界擊穿電場和高導(dǎo)熱性，使其成為功率器件中最有吸引力的材料。15kV碳化硅基IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的研發(fā)使得新型功率器件的應(yīng)用成為可能。碳化硅基功率IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)及其終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計是當前研究的熱點之一。
　　本文利用計算機輔助設(shè)計(Technology Computer

2、 Aided Design，TCAD)軟件Silvaco對15kV碳化硅基功率IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)和終端結(jié)構(gòu)進行仿真和優(yōu)化設(shè)計。對碳化硅基功率IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)的分析中，重點研究了漂移區(qū)長度、漂移區(qū)摻雜濃度、JFET區(qū)寬度、電流增強層以及緩沖層參數(shù)對器件的擊穿電壓、閾值電壓、導(dǎo)通電阻等電學性能的影響，得到了符合電學設(shè)計指標要求的結(jié)構(gòu)尺寸。對終端結(jié)構(gòu)的研究中，本文選取了結(jié)終端擴展和浮空場環(huán)兩種終端結(jié)構(gòu)進行了對比研究。分別研究了其結(jié)構(gòu)參數(shù)

3、對擊穿電壓的影響，對比二者工作原理以及擊穿特性，得到了符合設(shè)計要求的終端結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。最后，本文還對碳化硅基IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)的高溫特性進行了仿真研究，對比得出了器件的靜態(tài)參數(shù)和動態(tài)參數(shù)在高溫情況下發(fā)生的參數(shù)漂移并解釋了內(nèi)在機理。
　　最終結(jié)果顯示，最優(yōu)碳化硅基IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)的閾值電壓為3.8V，擊穿電壓為18.2kV，正向壓降為17.5V，導(dǎo)通電阻為56.5mΩ·cm2，輸入電容、輸出電容和反向傳輸電容分別為598pF、