15kV碳化硅基功率IGBT器件設(shè)計(jì).pdf

1、第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅(Silicon Carbide，SiC)有優(yōu)異的性能，尤其是高臨界擊穿電場(chǎng)和高導(dǎo)熱性，使其成為功率器件中最有吸引力的材料。15kV碳化硅基IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)的研發(fā)使得新型功率器件的應(yīng)用成為可能。碳化硅基功率IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)及其終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。
　　本文利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Technology Computer

2、 Aided Design，TCAD)軟件Silvaco對(duì)15kV碳化硅基功率IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)和終端結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真和優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)碳化硅基功率IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)的分析中，重點(diǎn)研究了漂移區(qū)長(zhǎng)度、漂移區(qū)摻雜濃度、JFET區(qū)寬度、電流增強(qiáng)層以及緩沖層參數(shù)對(duì)器件的擊穿電壓、閾值電壓、導(dǎo)通電阻等電學(xué)性能的影響，得到了符合電學(xué)設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的結(jié)構(gòu)尺寸。對(duì)終端結(jié)構(gòu)的研究中，本文選取了結(jié)終端擴(kuò)展和浮空?qǐng)霏h(huán)兩種終端結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比研究。分別研究了其結(jié)構(gòu)參數(shù)

3、對(duì)擊穿電壓的影響，對(duì)比二者工作原理以及擊穿特性，得到了符合設(shè)計(jì)要求的終端結(jié)構(gòu)及其參數(shù)。最后，本文還對(duì)碳化硅基IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)的高溫特性進(jìn)行了仿真研究，對(duì)比得出了器件的靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)在高溫情況下發(fā)生的參數(shù)漂移并解釋了內(nèi)在機(jī)理。
　　最終結(jié)果顯示，最優(yōu)碳化硅基IGBT器件元胞結(jié)構(gòu)的閾值電壓為3.8V，擊穿電壓為18.2kV，正向壓降為17.5V，導(dǎo)通電阻為56.5mΩ·cm2，輸入電容、輸出電容和反向傳輸電容分別為598pF、