超低功耗 FS-IGBT 研究.pdf

1、電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)的存在使得IGBT器件具有非常低的導(dǎo)通壓降和導(dǎo)通損耗，但這也使得其關(guān)斷損耗較大，因此導(dǎo)通壓降和關(guān)斷損耗之間的矛盾關(guān)系已成為低功耗IGBT設(shè)計(jì)過程中最主要的難題。為了改善IGBT器件導(dǎo)通壓降和關(guān)斷損耗之間的折中關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)超低功耗IGBT器件設(shè)計(jì)，本文對新型FS-IGBT結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴提出了一種具有深槽分裂柵的載流子存儲型 IGBT器件（Carrier-Stored Trench Bipol

2、ar Transistor with a Split-Gate and a Deep-Trench, SGDT CSTBT），其特征為發(fā)射極一側(cè)具有深槽和分裂柵結(jié)構(gòu)。在關(guān)斷狀態(tài)下，深槽分裂柵結(jié)構(gòu)可以有效地輔助耗盡載流子存儲層，使其所在結(jié)面處的電場峰值降低，從而緩解因高摻雜載流子存儲層引起的耐壓退化問題，使CSTBT器件能夠更好地發(fā)揮載流子存儲效果，以獲得更低的導(dǎo)通壓降；同時(shí)，階梯狀槽型結(jié)構(gòu)可以調(diào)制體內(nèi)電場而提高器件的耐壓。仿真結(jié)果表明，

3、SGDT CSTBT可以使器件在N型載流子存儲層濃度提升到5×1017cm-3的情況下仍然能夠維持1521V的高耐壓水平；同時(shí)，與傳統(tǒng)CSTBT相比，新結(jié)構(gòu)可以在相同的關(guān)斷損耗下導(dǎo)通壓降下降48.1％；此外，盡管采用了深槽結(jié)構(gòu)，但結(jié)合分裂柵使得新結(jié)構(gòu)具有與傳統(tǒng) CSTBT一樣的密勒電容，因此不會對器件的開關(guān)特性造成明顯的影響。最后，本文還針對SGDT CSTBT提出了一種可行的工藝方案。⑵提出了一種具有電子阻擋層的短路陽極IGBT器件（

4、Shorted Anode Lateral IGBT with Electron Barrier Layer, EB-SA LIGBT），其結(jié)構(gòu)特征為集電極區(qū)有P+電子阻擋層和 N-高阻通道。通過在集電極區(qū)引入電子阻擋層和高阻通道，有效增加集電極PN結(jié)附近的等效電阻，使得器件能夠在較小的單極電流下進(jìn)入雙極導(dǎo)電模式，從而抑制器件的電壓回跳現(xiàn)象，提高器件工作時(shí)的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)SA LIGBT和SSA LIGBT相比，新結(jié)構(gòu)在集