IGBT的辐照效应仿真分析与加固研究

发布时间：2017-09-05 08:50

  本文关键词：IGBT的辐照效应仿真分析与加固研究

  更多相关文章： IGBT元胞 结终端 总剂量效应 单粒子效应

【摘要】：IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)以其优良的频率特性和控制能力成为电力电子技术领域广泛关注的对象。其具有的MOS栅和双极型晶体管混合结构使得其具有了更好的导通压降、开关频率折中特性,更低的器件损耗和更好的安全工作区(SOA)使得IGBT成功具有了良好的控制能力和导通电导调制的综合优点。然而,功率器件普遍存在抗辐照性能较差的情况,严重影响到该类器件在辐照环境中的应用。本文针对性的研究了IGBT及其部分衍生结构的抗辐照特性,涉及的辐照损伤机理包含单粒子和总剂量效应。首先,本文介绍了辐照的基本原理和IGBT几种基本结构,针对辐照可能对IGBT电学特性的影响做了说明,并阐述了总剂量效应和单粒子效应的TCAD仿真方法。其次,本文用线性能量转移值LET(Linear Energy Transfer)来模拟单粒子入射对器件的作用,将对应的参数导入TCAD中进行单粒子辐照仿真,分析了阻断态下单粒子入射的情形,研究了单粒子入射后电子空穴对的产生和再分布过程,并基于此比较了NPT-IGBT、PT-IGBT、Trench-IGBT抗单粒子辐照的能力,随后通过仿真探究了局部降低载流子寿命(LCLCR:Low Carrier Lifetime Control Region)对于IGBT元胞抗单粒子效应的影响,并基于上述研究分析了可能的抗单粒子辐照加固方案,将总剂量效应对器件的影响转化为量化的对氧化层和界面态的影响,并将相关参数应用于TCAD仿真软件中。最后,设计了一种耐压为1200V的NPT-IGBT器件,对其阻断、静态、动态特性其进行了仿真优化,随后研究了该元胞和结终端结构的抗辐照特性,并完成了工艺和版图的设计及器件初步测试。
【关键词】：IGBT元胞 结终端 总剂量效应 单粒子效应
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 选题背景和研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 本文的主要内容和结构13-15
• 第二章 IGBT器件结构和核辐射基本理论15-33
• 2.1 IGBT器件基本类型与原理简介15-19
• 2.1.1 NPT型IGBT15-17
• 2.1.2 PT型IGBT17-18
• 2.1.3 Trench型IGBT18-19
• 2.2 辐射环境和损伤机制19-24
• 2.2.1 常见辐射环境19-21
• 2.2.2 位移损伤机制21-23
• 2.2.3 电离辐射损伤机制23-24
• 2.3 电离辐射对器件作用24-28
• 2.3.1 总剂量效应25-26
• 2.3.2 单粒子效应26-28
• 2.4 辐射参数的量化与其在TCAD软件中的模拟方式28-32
• 2.4.1 量化方式28-30
• 2.4.2 参数导入方式30-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 IGBT辐射效应研究33-52
• 3.1 IGBT的单粒子效应研究33-47
• 3.1.2 单粒子入射对NPT-IGBT的影响34-39
• 3.1.3 单粒子入射对PT型IGBT的影响39-41
• 3.1.4 单粒子入射对Trench-IGBT的影响41-43
• 3.1.5 LCLCR对IGBT抗单粒子辐照的影响43-46
• 3.1.6 加固方向46-47
• 3.2 IGBT结终端总剂量效应研究47-51
• 3.2.1 常规结终端结构47-50
• 3.2.2 双侧交错场板结终端结构50-51
• 3.3 本章小结51-52
• 第四章 高压IGBT器件设计52-74
• 4.1 IGBT元胞设计52-65
• 4.1.1 阻断特性仿真52-56
• 4.1.2 导通特性仿真56-61
• 4.1.3 动态特性设计61-64
• 4.1.4 抗辐照仿真分析64-65
• 4.2 高耐压终端设计65-70
• 4.2.1 IGBT结终端仿真优化65-66
• 4.2.2 IGBT结终端总剂量效应研究66-70
• 4.3 工艺与版图70-71
• 4.4 初步测试结果71-73
• 4.5 本章小结73-74
• 第五章 结论与展望74-76
• 5.1 本文工作总结74-75
• 5.2 工作展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-81
• 攻硕期间取得的研究成果81-82

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本文编号：797024