1200V高雪崩耐量IGBT器件研究及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)被廣泛應(yīng)用于變頻器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、開(kāi)關(guān)電源等系統(tǒng)中。在這些應(yīng)用系統(tǒng)中，IGBT常工作在非鉗位感性負(fù)載電路中，持續(xù)的雪崩狀態(tài)極易導(dǎo)致器件發(fā)生失效，因此研究IGBT器件雪崩失效機(jī)理，設(shè)計(jì)高雪崩耐量IGBT器件具有重要意義。
　　本文首先研究了IGBT器件原胞區(qū)雪崩失效機(jī)理，理論分析表明，器件原胞區(qū)在雪崩過(guò)程中存在著表面寄生三極管的開(kāi)啟和電流局

2、部集中等兩種失效機(jī)理，本文分別通過(guò)降低基區(qū)電阻Rbase和降低集電極P+摻雜濃度提高原胞區(qū)雪崩耐量;接著重點(diǎn)研究IGBT器件焊盤(pán)區(qū)雪崩失效機(jī)理，理論分析和仿真驗(yàn)證表明，空穴極易在IGBT器件的焊盤(pán)區(qū)下方形成積累，這部分空穴增加了該區(qū)域雪崩過(guò)程中的雪崩電流密度，容易導(dǎo)致器件在焊盤(pán)區(qū)域提早發(fā)生雪崩失效。為了提高器件焊盤(pán)區(qū)雪崩耐量，增加器件可靠性，本文設(shè)計(jì)了一種焊盤(pán)區(qū)具有P型柱的1200V高雪崩耐量IGBT器件，新結(jié)構(gòu)的IGBT特征在于在傳統(tǒng)

3、柵極焊盤(pán)下方引入低摻雜P型柱，通過(guò)減小了焊盤(pán)區(qū)的空穴在基區(qū)輸運(yùn)的長(zhǎng)度，使得空穴更容易經(jīng)過(guò)P型柱流走，從而有降低器件正向?qū)ê脱┍罆r(shí)柵極焊盤(pán)區(qū)下方的空穴密度，增加了柵極焊盤(pán)區(qū)的雪崩耐量;本文同時(shí)對(duì)P型柱的工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得器件焊盤(pán)區(qū)的雪崩耐量和耐壓都滿(mǎn)足器件設(shè)計(jì)指標(biāo)。
　　仿真結(jié)果表明，論文所設(shè)計(jì)的IGBT器件的雪崩耐量從傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的5.52J增加到8.94J，提高了60％。此外，新結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通壓降為1.58V，電流能力達(dá)到20A，