高速高壓FS-IGBT新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、本文簡要介紹了絕緣柵雙極晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)的發(fā)展歷史和基本工作原理，較為全面地總結(jié)了國內(nèi)外降低高壓IGBT關(guān)斷時間、優(yōu)化導(dǎo)通-關(guān)斷功耗折衷關(guān)系的研究進展與現(xiàn)狀。接著從結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，研究提出了三種新型場截止型(Field Stop, FS)-IGBT結(jié)構(gòu)。在改善高壓FS-IGBT通態(tài)-關(guān)斷折衷關(guān)系的同時大幅提高了器件的耐壓：
　　溝槽陽極短路(Trench Sho

2、rted Anode,TSA)-FS-IGBT結(jié)構(gòu)：在陽極引入槽型氧化層并填充電極形成陽極短路結(jié)構(gòu)，從而大幅降低了器件的關(guān)斷時間。結(jié)合MEDICI器件仿真工具和器件物理知識，詳細分析了陽極溝槽長度和厚度對TSA-FS-IGBT耐壓、通態(tài)特性(包括Snapback現(xiàn)象，飽和特性，溫度特性和電流均勻性)及關(guān)斷特性的影響。結(jié)果表明，在1200V級阻斷電壓下，TSA-FS-IGBT比傳統(tǒng)FS-IGBT結(jié)構(gòu)耐壓高257V(約19.5％)。且TSA

3、-FS-IGBT具有更好的功耗折衷關(guān)系。此外，TSA-FS-IGBT可以完全消除Snapback現(xiàn)象。
　　陽極氧化埋層(Anode Buried Oxide, ABO)-FS-IGBT結(jié)構(gòu)：基于TSA-FS-IGBT結(jié)構(gòu)，ABO-FS-IGBT在陽極只引入一薄氧化層。薄氧化層同樣能在阻斷時引入電子積累層以提高擊穿電壓。仿真分析了器件的埋層長度和厚度對耐壓、通態(tài)特性(包括Snapback現(xiàn)象，飽和特性，溫度特性和電流均勻性)和關(guān)斷

4、時間的影響。仿真結(jié)果表明，ABO-FS-IGBT的耐壓可達到1551V(較傳統(tǒng)FS-IGBT提高約17.9%),略低于TSA-FS-IGBT，但功耗折衷關(guān)系更優(yōu)。
　　陽極浮空P型埋層(Floating P-type Layer, FPL)-FS-IGBT結(jié)構(gòu)：ABO-FS-IGBT雖然簡化了工藝步驟，但是在器件背面制作氧化層還是較為復(fù)雜。FPL-FS-IGBT在陽極通過離子注入即可引入P型浮空埋層。綜合考慮耐壓、通態(tài)壓降和關(guān)斷功