多单元逆导型IGBT电压回跳现象的抑制策略研究
发布时间：2021-01-05 14:37
逆导型绝缘栅双极型晶体管（RC-IGBT）在从单极性导通模式切换至双极性导通模式的过程中,存在特有的电压回跳现象,影响了器件的可靠性,增大了开关损耗。此处对RC-IGBT的导通过程进行了详细的理论分析,针对造成电压回跳现象的横向电子电流,使用微元法建立了电流微分模型,提出了一种通过优化器件底面布局来抑制电压回跳的解决策略,并给出了增加并联MOSFET单元数量、适当减小N+短路区长度、调整N+短路区位置等具体实施方案。该研究利用Silvaco TCAD仿真软件,结合半导体生产工艺,实现了实物RC-IGBT芯片的无回跳输出特性,有力验证了所提抑制策略的有效性,为RC-IGBT的设计提供了有价值的参考。
【文章来源】：电力电子技术. 2020年07期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图３多单元ＲＣ－１ＧＢＴ器件结构??Ｆｉｇ．?３?Ｄｅｖｉｃｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＲＣ－ＩＧＢＴ?ｗｉｔｈ?ｍｕｌｔｉｐｌｅ?ｃｅｌｌｓ??
响，仿真器件采用５单元并??联结构，且以Ｐ＝?１：３。??０?１０?２０?３０?４０??职Ｖ??图５不同ＺＮ：ＺＰ的导通曲线对比??Ｆｉｇ．?５?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｕｒｎ－ｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｌＮ＇ｌＰ??可以看出，回跳电压值Ａｆ／ｊ与ＺＮ：ＺＰ的比值成??１２６??图５仿真了＾和４对电压回跳现象的影响，??仿真器件采用６单元并联结构，且Ｎ＋短路区处于??器件底部的中央位置。??〇??－２０?２０?６０?１００??ｆ／ＣＥ／ｖ??图４导通曲线对比??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｕｍ－ｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ??ＭＯＳＦＥＴ单元宽度８２?ｐｍ；Ｐ基区深度３?｜ｘｍ；Ｎ＋源??区掺杂浓度ｌｘｌＧＰｃｎｒｙＰｈｏｓｐｈｏｒｈＮ缓冲层厚度??２?｜ｘｍ；Ｐ?基区掺杂浓度?ｌｘｌ０１６Ｃｒｒｒ３（Ｂ〇ｒ〇ｎ）；Ｎ?缓冲??层掺杂浓度５ｘｌ０１６ｃｍ－３（Ｐｈｏｓｐｈ〇ｒ）；Ｎ漂移区掺杂??浓度?ｌｘｌ０１４ｃｎＴ３（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ）；Ｐ＋注入层厚度?１?｜ｘｍ；??Ｐ＋源区掺杂浓度１?ｘ?１０２０?ｃｍ－３?（?Ｂｏｒｏｎ?）?；?Ｐ＋注入层掺杂??浓度?１?ｘｌＯ２０?ｃｒｒＴ３（Ｂｏｒｏｎ）；门极电压［４＝１０?Ｖ；?Ｎ＋短??路区掺杂浓度ｌｘｌＯ２０?ｃｍ－３（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ）；Ｎ＋短路区厚??度ｌｉｘｍ。为了定量判断电压回跳现象的严重程??度，将测量输出特性曲线中回折部分水平反向的??电压差值Ａｔ／』作为参考依据。??研宄了器件顶部Ｍ０ＳＦＥＴ单元的数量对电压??回跳现象的影响，改变并联Ｍ０ＳＦＥＴ单元数量的??同时，始终保持Ｗｐ?＝?１：３，且Ｎ噸
全消除。??正比例关系，当ＺＮ相对ＺＰ较小时乂集中流向Ｎ＋??短路区，来自Ｎ漂移区的电子会在Ｎ＋短路区处累??积，增大了集电极等效电阻私，对抑制电压回跳??有一定的帮助，这与电流微分模型中的理论推导??相符。然而，较短的短路区同时也会导致器件??的反向导通电阻增大，反向恢复时间增长，所以不??可过分缩短／Ｎ。??图６仿真了?Ｎ＋短路区在器件底部的相对位置??对电压回跳现象的影响，仿真器件采用５单元并??联结构，且以Ｐ＝?１：３。??０?１０?２０?３０?４０??职Ｖ??图５不同ＺＮ：ＺＰ的导通曲线对比??Ｆｉｇ．?５?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｕｒｎ－ｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ?ｏｆ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｌＮ＇ｌＰ??可以看出，回跳电压值Ａｆ／ｊ与ＺＮ：ＺＰ的比值成??１２６??图５仿真了＾和４对电压回跳现象的影响，??仿真器件采用６单元并联结构，且Ｎ＋短路区处于??器件底部的中央位置。??〇??－２０?２０?６０?１００??ｆ／ＣＥ／ｖ??图４导通曲线对比??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｕｍ－ｏｎ?ｃｕｒｖｅｓ??ＭＯＳＦＥＴ单元宽度８２?ｐｍ；Ｐ基区深度３?｜ｘｍ；Ｎ＋源??区掺杂浓度ｌｘｌＧＰｃｎｒｙＰｈｏｓｐｈｏｒｈＮ缓冲层厚度??２?｜ｘｍ；Ｐ?基区掺杂浓度?ｌｘｌ０１６Ｃｒｒｒ３（Ｂ〇ｒ〇ｎ）；Ｎ?缓冲??层掺杂浓度５ｘｌ０１６ｃｍ－３（Ｐｈｏｓｐｈ〇ｒ）；Ｎ漂移区掺杂??浓度?ｌｘｌ０１４ｃｎＴ３（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ）；Ｐ＋注入层厚度?１?｜ｘｍ；??Ｐ＋源区掺杂浓度１?ｘ?１０２０?ｃｍ－３?（?Ｂｏｒｏｎ?）?；?Ｐ＋注入层掺杂??浓度?１?ｘｌＯ２０?ｃｒｒＴ３（Ｂ
本文编号：2958843
【文章来源】：电力电子技术. 2020年07期 北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图３多单元ＲＣ－１ＧＢＴ器件结构??Ｆｉｇ．?３?Ｄｅｖｉｃｅ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＲＣ－ＩＧＢＴ?ｗｉｔｈ?ｍｕｌｔｉｐｌｅ?ｃｅｌｌｓ??
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