600V逆导型FS-IGBT设计

发布时间：2017-09-16 04:27

  本文关键词：600V逆导型FS-IGBT设计

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【摘要】：600V IGBT(Insulated-Gated Bipolar Transistor)产品广泛应用于电磁炉、微波炉、变频空调、UPS等消费电子中,需要反向并联二极管,以完成续流功能。RC-IGBT(Reverse Conducting IGBT)通过在体内集成反并联FRD(Fast Recovery Diode)结构,成功消除了芯片间互联引线引入的寄生电感,提高了硅片利用率,减少了封装成本。但RC-IGBT的设计相对较复杂,需要同时兼顾IGBT和FRD性能,正向导通过程存在snapback现象。基于此,本文在现有工艺条件下,设计一款600V逆导型FS-IGBT器件,旨在为进一步产品化打下基础。1、结合目前国内工艺条件,制定RC-IGBT的工艺流程。首先,在外延片上制作正面结构,包括元胞区和终端区;然后减薄至FS层(Field Stop Layer)并制作背面结构,背面结构包括P型集电区和N+短路孔。2、通过传统FS-IGBT的设计,确定RC-IGBT的初始参数。包括仿真分析器件耐压与外延参数的关系、阈值电压与Pbody参数的关系、导通压降与FS层参数的关系、以及电容与元胞宽度的关系。3、RC-IGBT的设计。在传统FS-IGBT背部引入N+短路孔,然后对RC-IGBT外延参数、FS层电阻率和载流子寿命以及并联元胞个数进行优化仿真,消除snapback现象。所设计RC-IGBT具备正向导通与反向导通能力,其阻断特性与VDMOS(Vertical Double-Diffused MOSFET)相似。RC-IGBT在关断过程中,背部N+短路孔加速载流子抽取速度,可降低下降时间。RC-IGBT终端正面采用场限环和场板结构,背面设置有N+短路孔以缩短终端电流路径、抑制局部过温现象。RC-IGBT的正面版图布局考虑到器件电流的均匀性,采用插指结构;背面N+短路孔采用圆孔,具有一定角度。芯片有源区面积20mm2,整体面积25mm2。经优化的RC-IGBT基本参数如下:耐压BV=733V,正向导通压降VCE=1.95V,反向导通压降VF=1.32V;IGBT模式电流下降时间tf=94ns,关断损耗EOFF=670μJ;FRD模式反向恢复时间trr=202μs,反向电流峰值IRRM=12A,反向恢复电荷Qrr=1.47μC,软度因子S=0.41。
【关键词】：逆导型IGBT 快恢复二极管 静态特性 动态特性
【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
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 功率半导体器件简介10-11
• 1.2 IGBT器件发展概况11-14
• 1.3 逆导型IGBT的发展14-15
• 1.4 本课题的研究意义15-16
• 1.5 本文的主要工作16-17
• 第二章 RC-IGBT基本理论17-31
• 2.1 逆导型FS-IGBT器件结构17-18
• 2.2 逆导型FS-IGBT的静态特性18-23
• 2.2.1 阻断特性18-20
• 2.2.2 正向导通20-22
• 2.2.3 反向导通22-23
• 2.3 逆导型FS-IGBT的动态特性23-27
• 2.3.1 IGBT动态特性23-25
• 2.3.2 FRD动态特性25-27
• 2.4 终端技术27-30
• 2.4.1 场限环技术28
• 2.4.2 场板技术28-29
• 2.4.3 场板加场限环技术29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 FS-IGBT元胞设计31-41
• 3.1 工艺流程设计31-33
• 3.2 FS-IGBT元胞设计33-40
• 3.2.1 外延参数33-35
• 3.2.2 Pbody参数35-36
• 3.2.2.1 Pbody注入剂量35-36
• 3.2.2.2 Pbody推结时间36
• 3.2.3 FS层参数36-38
• 3.2.3.1 FS层电阻率36-38
• 3.2.3.2 FS层厚度38
• 3.2.4 元胞宽度38-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 RC-IGBT设计41-59
• 4.1 消除snapback现象41-43
• 4.2 RC-IGBT静态特性43-47
• 4.2.1 RC-IGBT阻断43-45
• 4.2.2 RC-IGBT正向导通45-47
• 4.2.3 RC-IGBT反向导通47
• 4.3 RC-IGBT动态特性47-53
• 4.3.1 IGBT模式关断特性48-50
• 4.3.2 FRD模式关断特性50-53
• 4.4 RC-IGBT终端设计53-56
• 4.5 RC-IGBT版图设计56-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第五章 结论59-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-65
• 攻硕期间取得的研究成果65-66

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本文编号：860898