550V多跑道SOI-LIGBT的反偏安全工作区研究与结构优化设计

发布时间：2020-06-12 23:45

【摘要】：相比于传统智能功率模块,单片智能功率芯片具有更低损耗、更小体积及更丰富的控制与保护功能,广泛应用于各类电机驱动和电源应用中。SOI-LIGBT(Silicon-On-Insulator Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor)器件具有电流能力大、击穿电压高及易于驱动等方面优势,是单片智能功率芯片中的核心开关器件,其反偏安全工作区决定了单片智能功率芯片及其应用系统的可靠性,提升SOI-LIGBT器件的反偏安全工作区具有重要意义。本文对传统SOI-LIGBT器件进行了反偏安全工作区的测试评估,发现多个跑道器件并联使用后,关断的临界失效电流密度相比于单个跑道会大幅减小,导致大电流SOI-LIGBT的反偏安全工作区不足。本文采用仿真手段对失效机理进行了研究,还原了失效过程并解释了失效的根本原因,研究发现:当多个跑道器件并联使用时,器件两侧的隔离沟槽会引起跑道间耗尽速度的差异性,这种非一致耗尽会引起器件内部电流的不均匀分布,导致电流集中在中间位置的跑道并引发闩锁。根据上述研究结论,本文对多跑道并联型SOI-LIGBT器件进行了优化设计,利用相邻跑道间的隔离沟槽来消除跑道间的非一致耗尽行为,确保器件能在较大的电流下成功关断并获得较为理想的反偏安全工作区。本文设计了所优化SOI-LIGBT器件结构的工艺流程与版图布局。流片后的测试结果表明:改进后的六跑道并联型550V厚膜SOI-LIGBT器件能够获得450V、2A的反偏安全工作区;相比于传统器件,其反偏安全工作区提升了一倍。同时,器件的其他参数没有发生明显变化,满足单片智能功率芯片对于电流能力与可靠性的需求。
【图文】：

设计的器件能否达到预计的设计目标至关重要，作件转化为一系列的几何图形，在这一过程中还要兼流片的概率，，下面介绍具有沟槽隔离的六跑道并联发射极端口续流二极管第1~6跑道集电极端口栅极端口发射极集电极 4-8 多跑道并联型 550V 厚膜 SOI-LIGBT 器件的版
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN322.8;TN43

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本文编号：2710282