低功耗4H-SiC沟槽IGBT的仿真研究

发布时间：2021-06-07 22:17

　　碳化硅材料是一种具有高热导率、宽禁带、耐高温以及抗辐射能力强的半导体材料,近几年由于它优良的特性而受到国际社会的广泛关注,其在现代军事电子通讯系统、航天系统、电磁武器系统、高性能的雷达系统以及高铁牵引设备等国防和民用领域都有着巨大的应用前景。绝缘栅双极型晶体管（IGBT）同时拥有金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）电压控制和双极性晶体管（BJT）饱和电流密度大的特点而发展成为当前最有竞争力的电子器件,它可以实现较低的导通压降;同时对于SiC IGBT器件来说,其关断损耗占据了功率损耗的绝大部分,通态特性和关断特性的折中问题一直都是器件设计时需要考虑的一个关键问题。针对这一问题,本文在传统沟槽型SiC IGBT结构的基础上,主要进行了以下工作:1、提出了阶梯型集电极异质结IGBT结构（SCH-IGBT）,其特征是将P+集电区深入到N-漂移区,同时引入了p-poly/p-SiC异质结,这样器件正常导通时,深入到N-漂移区中的P+区可以维持器件的导通特性,同时异质结的存在又为电子的泄放提供了额外的低阻通路。仿真结果表明,在击穿电压一致的前提下,改进结构的关断损耗提升了60.6%,同时... 

【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

平面型p-IGBT结构图[11]

杭州电子科技大学硕士学位论文4图1.1平面型p-IGBT结构图[11]2009年，Y.Sui等人设计并制造了击穿电压为20KV的p-IGBT[12]。经过实际测试发现，在室温和175℃下，p沟道IGBT器件的最大电流分别是同温度下DMOSFET器件的1.2和2.1倍。2012年，Sei-HyungRyu团队将电场截止层引入了器件的集电极，通过精确控制其杂质掺杂浓度和厚度来控制集电极一侧的载流子注入，最终获得了击穿电压为15KV并且导通电阻为24mΩ.cm2的器件，器件结构如图1.2所示。图1.2穿通型p-IGBT结构图[13]2013年，S.Katakami等人设计并制造了超高压(＞10KV)的p沟道IGBT器件，器件结构如图1.3所示。通过在器件内部引入n型埋层并在栅极氧化工艺中增加额外的湿氧氧化退火，从而实现了高达13.5cm2/Vs的沟道迁移率。在200℃及栅压为-20V时，器件的差分比导通电阻为24mΩcm2;室温25℃下，器件的阻断电压为10.2KV，相对应的泄漏电流为1.0μA/cm2。

改进的p-IGBT[14]

【参考文献】：
期刊论文
[1]氧化后退火技术对SiO2/4H-SiC界面态密度的影响[J]. 杨涛涛,韩军,林文魁,曾春红,张璇,孙玉华,张宝顺,鞠涛.  半导体技术. 2018(01)

博士论文
[1]4H-SiC同质外延薄膜及其高压肖特基二极管器件研究[D]. 张发生.湖南大学 2010

硕士论文
[1]15kV碳化硅基功率IGBT器件设计[D]. 周迁.东南大学 2017
[2]新型SiC沟槽IGBT的模拟研究[D]. 王辉.西安电子科技大学 2015
[3]4H-SiC MOSFET器件设计与工艺[D]. 霍瑞彬.西安电子科技大学 2014
[4]4H-SiC功率MOSFET特性研究与器件模拟[D]. 侯峰波.西安电子科技大学 2010



本文编号：3217415