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IGBT是将微电子技术和电力电子技术结合起来的新一代功率半导体器件,是当前半导体分立器件的高端产品,应用范围广,市场需求大,发展前景好,但国内需求基本依赖进口。因此有必要对IGBT器件的研制进行更深入的研究。
本文研究了三种具有代表意义的IGBT器件,即PT-(穿通型)、NPT-(非穿通型)和Triple-Diffusion-(三重扩散型)IGBT器件,首先推导了IGBT器件的输出特性、导通压降、关断时间以及击穿特性的一般分析模型,然后根据穿通型、非穿通型和三重扩散型IGBT器件各自的工艺和结构特点,分别对一般分析模型进一步修正,得出各自较精确的分析模型,与MEDICI的仿真结果相比较,该分析模型正确地反映了上述三种IGBT器件的工作机制,对新器件的开发具有指导意义。
对IGBT器件终端击穿机理和一些常见的终端结构进行了分析,用MEDICI工具对900V场限环和浮栅相结合的终端结构进行了仿真,仿真结果与实验相一致,在此基础上设计了1200V的终端结构。
在对器件特性进行仿真的过程中,如果栅宽较窄,P阱掺杂浓度梯度为1.2×1020cm-4左右时,IGBT器件在较高栅极偏置下会出现负阻现象。通过对此现象的系统分析,解释了该现象的成因。为避免出现此现象,设计时栅宽应大于一临界值。
最后提出了一个25A1200V IGBT器件的具体设计过程,包括衬底材料的选取,栅氧厚度和P阱的确定,以及终端结构和版图的设计。样品测试结果的分析表明IGBT器件的设计和制造已获得了一定的阶段性成果。