智能功率模块用550V厚膜SOI-LIGBT短路特性的研究与优化

发布时间：2017-09-12 21:49

  本文关键词：智能功率模块用550V厚膜SOI-LIGBT短路特性的研究与优化

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【摘要】：近年来,智能功率模块因其高集成度、高可靠性、低成本等优势已经被广泛应用于工业设备、航模航拍、新能源交通工具等领域。绝缘体上硅绝缘栅双极型晶体管(Silicon on insulator-lateral insulated gate bipolar transistor, SOI-LIGBT)作为智能功率模块中最基本的元器件之一,具有绝缘性能好、寄生电容小、泄漏电流小和集成度高等优点,然而,其结构中埋氧层的热传导率较低,顶层硅中器件工作时产生的热量难以及时散出,器件内部强烈的自热效应易导致其短路失效,此缺点阻碍了整个芯片品质的整体提升,因此研究SOI-LIGBT器件的短路能力具有重要意义。本论文对SOI-LIGBT器件的短路特性进行了深入研究,从器件的结构和版图角度分别进行了设计。首先,本论文根据短路测试和模拟仿真结果确定了传统器件短路失效的原因为器件鸟嘴区电场与电流过于集中导致的该区域提前热击穿。然后,通过建立SOI-LIGBT器件在短路状态下的热模型,由此得到了器件关键结构参数和掺杂浓度对器件内部热分布的影响。进而,根据建模结果提出了一种载流子积累层槽栅蛇形沟道SOI-LIGBT器件(Carrier Storage Trench Snake-LIGBT, CSTS-LIGBT),该器件采用了槽栅蛇形沟道结构和载流子积累层结构,最终实现了较强的短路能力。最后,本文对CSTS-LIGBT器件的工艺和版图进行了设计,以适应智能功率模块的应用。流片测试结果表明：本论文所设计的CSTS-LIGBT器件在25℃条件下和200℃条件下,短路时间分别达到了27.4μs和7.6us(Vge=5V,Vce=300V),并且其它静态和动态参数相比于传统器件没有发生退化,满足了智能功率模块中的应用要求。
【关键词】：智能功率模块 短路特性 绝缘体上硅 绝缘栅双极型晶体管
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 智能功率模块与SOI-LIGBT10-11
• 1.2 厚膜SOI-LIGBT器件短路特性优化设计的必要性与挑战11-13
• 1.2.1 厚膜SOI-LIGBT器件短路特性优化设计的必要性11-13
• 1.2.2 厚膜SOI-LIGBT器件短路特性优化设计的挑战13
• 1.3 厚膜SOI-LIGBT器件结构国内外研究现状13-17
• 1.3.1 国外研究现状13-15
• 1.3.2 国内研究现状15-17
• 1.4 本文的主要工作与论文组织结构17-20
• 1.4.1 主要工作及指标17-18
• 1.4.2 论文组织结构18-20
• 第二章 厚膜SOI-LIGBT工作原理及短路特性优化设计理论20-44
• 2.1 厚膜SOI-LIGBT器件工作原理20-27
• 2.1.1 耐压原理20-23
• 2.1.2 导通原理23-25
• 2.1.3 开关原理25-27
• 2.2 厚膜SOI-LIGBT器件短路失效27-33
• 2.2.1 厚膜SOI-LIGBT器件短路定义及过程27-30
• 2.2.2 厚膜SOI-LIGBT器件短路失效机理30-33
• 2.3 厚膜SOI-LIGBT器件短路特性优化设计理论33-37
• 2.3.1 抗闩锁能力的提高33-36
• 2.3.2 热特性的提高36
• 2.3.3 抗过冲能力的提高36-37
• 2.4 SOI-LIGBT器件短路能力提升的常见结构37-43
• 2.4.1 PN间隔结构仿真分析37-39
• 2.4.2 SB-PSOI结构仿真分析39-41
• 2.4.3 U型沟道结构仿真分析41-43
• 2.5 本章小结43-44
• 第三章 550V厚膜SOI-LIGBT器件短路特性优化设计44-72
• 3.1 550V厚膜SOI-LIGBT器件基本电学参数44-47
• 3.1.1 击穿电压特性45
• 3.1.2 电流能力特性45-46
• 3.1.3 闩锁特性46
• 3.1.4 高温及其可靠性特性46-47
• 3.2 550V厚膜SOI-LIGBT器件短路测试结果与分析47-53
• 3.2.1 短路测试及结果47-48
• 3.2.2 模拟分析48-53
• 3.3 550V厚膜SOI-LIGBT器件短路失效建模与改进结构53-58
• 3.3.1 热失效建模53-57
• 3.3.2 载流子积累层沟槽蛇形(CSTS-LIGBT)结构的提出57-58
• 3.4 CSTS-LIGBT器件的设计与仿真分析58-71
• 3.4.1 阈值设计58-59
• 3.4.2 耐压设计59-63
• 3.4.3 电流与短路折中设计63-71
• 3.5 本章小结71-72
• 第四章 550V厚膜CSTS-LIGBT器件结构的流片及测试72-80
• 4.1 550V厚膜CSTS-LIGBT器件的工艺流程设计72-74
• 4.2 550V厚膜CSTS-LIGBT器件的版图设计74-75
• 4.3 550V厚膜CSTS-LIGBT器件的测试结果75-78
• 4.3.1 阈值电压测试75-76
• 4.3.2 耐压测试76
• 4.3.3 电流测试76-77
• 4.3.4 闩锁测试77
• 4.3.5 短路测试77-78
• 4.4 本章小结78-80
• 第五章 总结与展望80-82
• 5.1 总结80
• 5.2 展望80-82
• 致谢82-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间的成果和发表的论文88

【参考文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 孔谋夫;新型半桥功率集成电路的研究[D];电子科技大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 杨春;SOI高压集成电路的隔离技术研究[D];电子科技大学;2006年

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本文编号：839749