高速高压fs-igbt新结构研究

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4、sSubmittedtoNanjingUniversityofPostsandTelecommunicationsfortheDegreeofMasterofEngineeringByXudongChenSupervisor:Prof.JianbingChengFebruary2016摘要本文简要介绍了绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT)的发展历史和基本工作原理，较为全面地总结了国内外降低高压IGBT关断时间、优化导通-关断功耗折衷关系的研究进展

5、与现状。接着从结构角度出发，研究提出了三种新型场截止型(FieldStop,FS)-IGBT结构。在改善高压FS-IGBT通态-关断折衷关系的同时大幅提高了器件的耐压：沟槽阳极短路(TrenchShortedAnode,TSA)-FS-IGBT结构：在阳极引入槽型氧化层并填充电极形成阳极短路结构，从而大幅降低了器件的关断时间。结合MEDICI器件仿真工具和器件物理知识，详细分析了阳极沟槽长度和厚度对TSA-FS-IGBT耐压、通态特性(包括Snapback现象，饱和特性，温度特性和电流均匀性)及关断

6、特性的影响。结果表明，在1200V级阻断电压下，TSA-FS-IGBT比传统FS-IGBT结构耐压高257V(约19.5%)。且TSA-FS-IGBT具有更好的功耗折衷关系。此外，TSA-FS-IGBT可以完全消除Snapback现象。阳极氧化埋层(AnodeBuriedOxide,ABO)-FS-IGBT结构：基于TSA-FS-IGBT结构，ABO-FS-IGBT在阳极只引入一薄氧化层。薄氧化层同样能在阻断时引入电子积累层以提高击穿电压。仿真分析了器件的埋层长度和厚度对耐压、通态特性(包括Snap

7、back现象，饱和特性，温度特性和电流均匀性)和关断时间的影响。仿真结果表明，ABO-FS-IGBT的耐压可达到1551V(较传统FS-IGBT提高约17.9%),略低于TSA-FS-IGBT，但功耗折衷关系更优。阳极浮空P型埋层(FloatingP-typeLayer,FPL)-FS-IGBT结构：ABO-FS-IGBT虽然简化了工艺步骤，但是在器件背面制作氧化层还是较为复杂。FPL-FS-IGBT在阳极通过离子注入即可引入P型浮空埋层。综合考虑耐压、通态压降和关断功耗的条件下，结合器件仿真结果和

8、器件理论得到了优化的P埋层长度、浓度和厚度。此外，还分析了不同器件参数下阳极NPN晶体管开启对器件关断时间的影响。FPL-FS-IGBT耐压较传统FS-IGBT提高了182V(约14%)且具有更好的通态-关断折衷关系。关键词:场截止绝缘栅晶体管，关断时间，导通压降，击穿电压，负阻现象IAbstractThedevelopmentandbasicworkingprincipleofinsulatedgatebipolartransistor(IGBT)isbriefly