新型sic沟槽igbt的模拟研究

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1、摘要摘要碳化硅（SiC）是一种具有宽的禁带、高击穿电压、高热导率、高电子饱和速率以及高抗辐照的半导体材料，近年来由于它的优良特性而受到越来越多的关注。SiC功率器件因为很大程度的降低了电子设备的功耗而被称为“绿色能源”器件，推动了“新能源革命”的发展。其在高性能雷达、现代军事电子通讯系统、宇航系统、电磁武器推进系统以及电力电子设备、太阳能发电、高铁牵引设备、混合动力等国防和民用领域有着巨大的应用前景。SiC绝缘栅双极晶体管（IGBT）是一种MOS电压控制和双极晶体管相结合的复合器件，具有MOSFET的高输入阻抗、控制功率小、易于驱动等优点，也具有双

2、极晶体管的大电流密度、低饱和压降的特点。基于这些优点将SiCIGBT器件主要应用于轨道交通、光伏和风能绿色能源、智能电网、移动通信等领域。本文使用SentaurusTCAD模拟仿真软件主要对SiC沟槽IGBT漂移区的电子分布、正向导通压降和关断损耗以及两者的折中关系进行了研究分析，取得的成果如下：1、对4H-SiC沟槽IGBT器件基本特性进行仿真研究。仿真结果表明沟槽IGBT相比平面IGBT正向导通压降小了一倍，这是由于在沟槽IGBT中消除了JFET电阻以及漂移区中高的电子积累区导致了较强的电导调制效应。但同时沟槽IGBT的关断时间相比平面IGBT

3、增大了约10%。2、研究了4H-SiC沟槽IGBT发射极宽度和沟槽深度对该器件正向导通压降和关断损耗的影响。研究发现，无论发射极宽度还是沟槽深度的变化对漂移区中电子分布、正向导通压降和关断损耗以及两者的折中关系都有影响。发射极宽度的变化对正向导通压降的影响更大，而沟槽深度的变化对关断损耗的影响较大。在发射极宽度和沟槽深度比值相同的条件下，当发射极宽度越窄，沟槽越深得到的正向导通压降和关断损耗的折中更好。在发射极宽度和沟槽深度比值不相同的条件下，当发射极宽度越宽，沟槽越浅得到的正向导通压降和关断损耗的折中更好。总之，不同的结构参数都会使沟槽IGBT漂

4、移区中的载流子浓度发生变化，从而影响正向导通压降和关断损耗及两者的折中关系的变化。漂移区中载流子浓度的变化对正向导通压降的影响较大，这不失为以后研究正向导通压降和关断损耗折中关系提供了方向。3、提出一种结合沟槽和平面的新结构4H-SiC平面沟槽IGBT，并在基本结构参数相同时对沟槽IGBT、平面沟槽IGBT和平面IGBT的漂移区中的电子浓度、正向导通压降和关断损耗以及两者的折中关系进行研究。结果表明，三种结构在具有相同掺杂的情况下，平面沟槽IGBT的正向导通压降和关断损耗都处于两者之间。相比于平面IGBT，平面沟槽IGBT的正向导通压降减小了26.

5、2%，与沟槽IGBT结构相比平I万方数据西安电子科技大学硕士学位论文面沟槽IGBT的关断损耗减小了2.05%。关键词：沟槽IGBT，平面沟槽IGBT，正向导通压降，关断损耗，折中关系II万方数据ABSTRACTABSTRACTInrecentyears,Siliconcarbide(SiC)hasreceivedmoreandmoreattentionforitsexcellentcharacteristicsofwidebandgap,highcriticalbreakdownvoltage,higherthermalconductivity,h

6、ighelectronsaturationdriftvelocityandhighresistancetoradiation.SincetheSiCpowerdevicesreducethepowerconsumptionofelectronicdevicesthatarecalledgreenenergyandpromoteanewenergyrevolution.Inthefiledsofhigh-performanceradar,modernmilitaryelectroniccommunicationsystems,aerospacesys

7、tems,electromagneticweapons,propulsionsystemsandpowerelectronicequipment,solarpower,high-speedrailtractionequipment,hybridandotherdefenseandcivilian,SiCpowerdeviceshavegreatprospects.SiCinsulatedgatebipolartransistor(IGBT)isacomplexdevicethatcombinesthefeaturesofvoltage-contro

8、linMOSdevicesandconductivitymodulationinbipolartransistor.The