基于SOI的高压低损耗横向IGBT的分析与设计
发布时间：2021-01-20 20:59
功率半导体器件承担着能量控制与功率转换的功能,在电力电子系统中具有至关重要的作用。高压横向MOS型功率器件因具有易于集成和控制等优点,广泛应用于高压功率集成电路（HVIC）。绝缘体上硅横向绝缘栅双极晶体管（SOI-LIGBT）因其电导调制效应带来的导通损耗低等优点,成为了业界研究的热点。然而,传统的高压SOI-LIGBT结构仍存在导通压降和开关损耗不够优化等问题,难以满足HVIC发展的需求。本文针对传统SOI-LIGBT结构存在的问题,开展了两类新型高压SOI-LIGBT结构的研究。本文的主要研究内容如下:1、提出一类具有分裂栅的二维沟槽型高压SOI-LIGBT新结构,包括具有浮空P区的分裂栅结构（TSG-LIGBT）和集成p-MOS的分裂栅结构（PTSG-LIGBT）。TSG-LIGBT结构通过设置具有分裂栅的沟槽结构,既获得了额外的空穴势垒,又减小了密勒电容(CGC),改善了导通压降(VCEON)与关断损耗(EOFF)的折中特性。TSG-LIGBT结构中还设置有浮空P区,以提高器件耐压。仿真结果表明在电流密度（J
【文章来源】： 赵阳 电子科技大学
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LIGBT结构图
电子科技大学硕士学位论文4电结的导通压降之后，P+集电区向N-drift区注入空穴，N-drift区开始出现电导调制，并导致N-drift区中的导通电阻迅速降低。这种电子和空穴同时导电的模式被称为双极型导电模式。在单极型导电向双极型导电转变的过程中，由于N-drift区中的导通电阻的降低，会呈现出随着集电极电流的增加，VCE减小的负阻现象（snapback），这一定程度上影响了器件的性能[27]。图1-2SALIGBT结构图[26]图1-3具有辅助栅的LIGBT结构图[28]之后的很多器件结构研究都致力于在保持集电极结构中电子抽取通路的基础上，消除snapback现象。这样的LIGBT结构既减少了EOFF，又能获得良好的导通特性。这类器件主要有两种设计思路，一种是在较低VCE时增强N-drift区的电导调制程度，如Y.S.Lee和B.H.Lee等人提出的控制P型集电区空穴注入的LIGBT（GHI-LIGBT）[28]，如图1-3所示。GHI-LIGBT结构在N型漂移区内部设置了P+型的掺杂区（P+Injector），并在两个P+掺杂区之间增加了p-MOSFET结构。通过在栅极G2上施加偏置电压，使得p-MOS开启，从而G2下方的N-drift区和N-buffer区产生空穴沟道将两个P+掺杂区相连。这样增加了空穴的注入效率。使得在较低VCE时，N-drift区的电导调制程度很高，也就不会出现snapback。另一种设计思路是增加电子从P+集电区到N+集电区的电阻或势垒[29-31]。当电阻或势垒调
电子科技大学硕士学位论文4电结的导通压降之后，P+集电区向N-drift区注入空穴，N-drift区开始出现电导调制，并导致N-drift区中的导通电阻迅速降低。这种电子和空穴同时导电的模式被称为双极型导电模式。在单极型导电向双极型导电转变的过程中，由于N-drift区中的导通电阻的降低，会呈现出随着集电极电流的增加，VCE减小的负阻现象（snapback），这一定程度上影响了器件的性能[27]。图1-2SALIGBT结构图[26]图1-3具有辅助栅的LIGBT结构图[28]之后的很多器件结构研究都致力于在保持集电极结构中电子抽取通路的基础上，消除snapback现象。这样的LIGBT结构既减少了EOFF，又能获得良好的导通特性。这类器件主要有两种设计思路，一种是在较低VCE时增强N-drift区的电导调制程度，如Y.S.Lee和B.H.Lee等人提出的控制P型集电区空穴注入的LIGBT（GHI-LIGBT）[28]，如图1-3所示。GHI-LIGBT结构在N型漂移区内部设置了P+型的掺杂区（P+Injector），并在两个P+掺杂区之间增加了p-MOSFET结构。通过在栅极G2上施加偏置电压，使得p-MOS开启，从而G2下方的N-drift区和N-buffer区产生空穴沟道将两个P+掺杂区相连。这样增加了空穴的注入效率。使得在较低VCE时，N-drift区的电导调制程度很高，也就不会出现snapback。另一种设计思路是增加电子从P+集电区到N+集电区的电阻或势垒[29-31]。当电阻或势垒调
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响IGBT动态特性参数浅析[J]. 陈喻. 科技与创新. 2018(14)
[2]IGBT开关损耗及其特性研究[J]. 曹新阳,邱立. 通信电源技术. 2018(03)
[3]感性负载条件下IGBT开通过程分析[J]. 唐新灵,崔翔,张朋,李金元,赵哿. 华北电力大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]IGBT模块电气模型及实时仿真研究[J]. 徐延明,赵成勇,徐莹,刘启建,许建中,周飞. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(02)
[5]从功率半导体器件发展看电力电子技术未来[J]. 胡强,王思亮,张世勇. 东方电气评论. 2015(03)
[6]IGBT动态参数测试方法分析[J]. 郑大勇,陈广聪. 电子产品可靠性与环境试验. 2013(S1)
[7]Partial-SOI high voltage P-channel LDMOS with interface accumulation holes[J]. 吴丽娟,胡盛东,罗小蓉,张波,李肇基. Chinese Physics B. 2011(10)
[8]SOI-LIGBT寄生晶体管电流增益的研究[J]. 陈越政,钱钦松,孙伟锋. 半导体技术. 2010(01)
[9]SOI-LIGBT N-Buffer参数的研究[J]. 陈越政,钱钦松,孙伟锋. 微电子学. 2009(03)
[10]IGBT技术发展综述[J]. 叶立剑,邹勉,杨小慧. 半导体技术. 2008(11)
博士论文
[1]厚膜SOI基高压横向IGBT器件研究[D]. 张龙.东南大学 2018
[2]横向高压器件电场调制效应及新器件研究[D]. 段宝兴.电子科技大学 2007
[3]SOI横向高压器件耐压模型和新器件结构研究[D]. 郭宇锋.电子科技大学 2005
本文编号：2989774
【文章来源】： 赵阳 电子科技大学
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LIGBT结构图
电子科技大学硕士学位论文4电结的导通压降之后，P+集电区向N-drift区注入空穴，N-drift区开始出现电导调制，并导致N-drift区中的导通电阻迅速降低。这种电子和空穴同时导电的模式被称为双极型导电模式。在单极型导电向双极型导电转变的过程中，由于N-drift区中的导通电阻的降低，会呈现出随着集电极电流的增加，VCE减小的负阻现象（snapback），这一定程度上影响了器件的性能[27]。图1-2SALIGBT结构图[26]图1-3具有辅助栅的LIGBT结构图[28]之后的很多器件结构研究都致力于在保持集电极结构中电子抽取通路的基础上，消除snapback现象。这样的LIGBT结构既减少了EOFF，又能获得良好的导通特性。这类器件主要有两种设计思路，一种是在较低VCE时增强N-drift区的电导调制程度，如Y.S.Lee和B.H.Lee等人提出的控制P型集电区空穴注入的LIGBT（GHI-LIGBT）[28]，如图1-3所示。GHI-LIGBT结构在N型漂移区内部设置了P+型的掺杂区（P+Injector），并在两个P+掺杂区之间增加了p-MOSFET结构。通过在栅极G2上施加偏置电压，使得p-MOS开启，从而G2下方的N-drift区和N-buffer区产生空穴沟道将两个P+掺杂区相连。这样增加了空穴的注入效率。使得在较低VCE时，N-drift区的电导调制程度很高，也就不会出现snapback。另一种设计思路是增加电子从P+集电区到N+集电区的电阻或势垒[29-31]。当电阻或势垒调
电子科技大学硕士学位论文4电结的导通压降之后，P+集电区向N-drift区注入空穴，N-drift区开始出现电导调制，并导致N-drift区中的导通电阻迅速降低。这种电子和空穴同时导电的模式被称为双极型导电模式。在单极型导电向双极型导电转变的过程中，由于N-drift区中的导通电阻的降低，会呈现出随着集电极电流的增加，VCE减小的负阻现象（snapback），这一定程度上影响了器件的性能[27]。图1-2SALIGBT结构图[26]图1-3具有辅助栅的LIGBT结构图[28]之后的很多器件结构研究都致力于在保持集电极结构中电子抽取通路的基础上，消除snapback现象。这样的LIGBT结构既减少了EOFF，又能获得良好的导通特性。这类器件主要有两种设计思路，一种是在较低VCE时增强N-drift区的电导调制程度，如Y.S.Lee和B.H.Lee等人提出的控制P型集电区空穴注入的LIGBT（GHI-LIGBT）[28]，如图1-3所示。GHI-LIGBT结构在N型漂移区内部设置了P+型的掺杂区（P+Injector），并在两个P+掺杂区之间增加了p-MOSFET结构。通过在栅极G2上施加偏置电压，使得p-MOS开启，从而G2下方的N-drift区和N-buffer区产生空穴沟道将两个P+掺杂区相连。这样增加了空穴的注入效率。使得在较低VCE时，N-drift区的电导调制程度很高，也就不会出现snapback。另一种设计思路是增加电子从P+集电区到N+集电区的电阻或势垒[29-31]。当电阻或势垒调
【参考文献】：
期刊论文
[1]影响IGBT动态特性参数浅析[J]. 陈喻. 科技与创新. 2018(14)
[2]IGBT开关损耗及其特性研究[J]. 曹新阳,邱立. 通信电源技术. 2018(03)
[3]感性负载条件下IGBT开通过程分析[J]. 唐新灵,崔翔,张朋,李金元,赵哿. 华北电力大学学报(自然科学版). 2017(02)
[4]IGBT模块电气模型及实时仿真研究[J]. 徐延明,赵成勇,徐莹,刘启建,许建中,周飞. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(02)
[5]从功率半导体器件发展看电力电子技术未来[J]. 胡强,王思亮,张世勇. 东方电气评论. 2015(03)
[6]IGBT动态参数测试方法分析[J]. 郑大勇,陈广聪. 电子产品可靠性与环境试验. 2013(S1)
[7]Partial-SOI high voltage P-channel LDMOS with interface accumulation holes[J]. 吴丽娟,胡盛东,罗小蓉,张波,李肇基. Chinese Physics B. 2011(10)
[8]SOI-LIGBT寄生晶体管电流增益的研究[J]. 陈越政,钱钦松,孙伟锋. 半导体技术. 2010(01)
[9]SOI-LIGBT N-Buffer参数的研究[J]. 陈越政,钱钦松,孙伟锋. 微电子学. 2009(03)
[10]IGBT技术发展综述[J]. 叶立剑,邹勉,杨小慧. 半导体技术. 2008(11)
博士论文
[1]厚膜SOI基高压横向IGBT器件研究[D]. 张龙.东南大学 2018
[2]横向高压器件电场调制效应及新器件研究[D]. 段宝兴.电子科技大学 2007
[3]SOI横向高压器件耐压模型和新器件结构研究[D]. 郭宇锋.电子科技大学 2005
本文编号：2989774
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2989774.html
