soi基高速横向igbt模型与新结构研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目SOI基高速横向IGBT模型与新结构研究学科专业微电子学与固体电子学学号200911030117作者姓名付强指导教师张波教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文SOI基高速横向IGBT模型与新结构研究（题名和副题名）付强（作者姓名）指导教师张波教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2014.10.10论文答辩日期2014.12.0

2、5学位授予单位和日期电子科技大学2014年12月25日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据MODELSANDNOVELSTRUCTURESFORHIGHSPEEDLATERALINSULATEDGATEBIPOLARTRANSISTORSONSOIADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolidStateElectronicsAuthor:FuQiangAdvisor:Prof

3、.ZhangBoSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机

4、构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要横向绝缘栅双极晶体管(LateralInsulatedGateBipolarTransistor:LIGBT)具有电压控制、低导通电阻和高输入阻抗等优点，且兼具纵向分立器件所没有的可集成性和与集成电路工艺兼容，是智能功率集成电路(SmartPowerIntegratedCircuit:SPIC)中典型的核心器件。近年来，

5、随着SOI(SiliconOnInsulator)基SPIC的快速发展，其高速、高集成度、高稳定性、抗辐照和良好的隔离性等优点，使得SOI-LIGBT越来越受到推崇和关注。虽然基于电导调制效应的双极载流子输运机制可使SOI-LIGBT具有低导通压降和大电流处理能力，但由于器件关断时漂移区中存储的大量非平衡载流子，导致SOI-LIGBT器件有着较长的关断拖尾现象，增加了器件的开关损耗，限制了SOI-LIGBT的开关频率和应用范围。横向功率器件在耐压和导通电阻之间的折衷关系进一步限制了SOI-LIGBT的发展。同时随SOI-LIGBT应用范围的不断扩展，诸多新的应用对SOI-LIG

6、BT器件单元面积、工作效率以及可靠性等提出了更高的要求。因此针对SOI-LIGBT关断速度慢，安全工作区窄，温度特性差等问题的研究意义重大。本文以高速型SOI-LIGBT功率器件为主要研究对象，从高速型集电极短路结构的snapback、高速型槽型结构的耐压和开关特性等方面进行研究，提出考虑内建势影响的snapback解析模型，分析了槽型功率器件的耐压机理和槽型LIGBT的关断过程，提出了两种类型的器件结构并进行了相关实验研制。另外针对直流和逆变应用提出了具有隧道注入机制的逆导型SOI-LIGBT新结构，并对其进行了讨论。主要创新点概括为以下几个方面：1、提出集电极内建势调制sn

7、apback解析模型。该模型从集电极短路的pn结内建势出发，根据肖克莱方程，推导出消除snapback现象需要的电流密度下集电极区电阻产生的压降，得出其最小电阻值。同时利用内建势调制构造集电极短路通道，改善器件的导通特性和关断特性。基于该模型提出三维横向IGBT和二维横向IGBT的新结构，均无snapback现象。从理论上分析了两种新器件的工作机理、正向导通和关断特性，并对其关键结构参数进行了优化。三维横向IGBT器2件获得了导通电流密度100A/cm下正向导通压降为1.12V和400ns的