内透明集电极IGBT(ITC-IGBT)与PT-IGBT、FS-IGBT的性能比较

首次对600V平面型内透明集电极IGBT(ITC-IGBT)、PT-IGBT和FS-IGBT通态电压与关断能耗之间的折中曲线进行了仿真分析和比较。ITC-IGBT是在PT-IGBT结构中的p+型衬底与n型缓冲层之间加入一层厚度很薄、掺杂浓度低于p+衬底的p型内透明集电区,并且在集电区之内、集电结附近设置具有很低过剩载流子寿命的载流子局域寿命控制层,从而实现透明集电极的效果。仿真结果表明,ITC-IGBT具有优良的综合性能,采用缓冲层浓度最优值的ITC-IGBT的折中曲线明显优于PT-IGBT与FS-IGBT。说明ITC-IGBT结构不仅能解决现有透明集电极IGBT超薄片加工工艺难度大的问题,还为进一步改善IGBT器件综合性能提供了新途径。

内透明集电极绝缘栅双极晶体管温度特性的仿真研究

ITC-IGBT是新一类IGBT,它在PT-IGBT结构基础上,在集电区近集电结附近引入一局域载流子寿命控制(LCLC)层,只要该层内载流子寿命足够低,则LCLC层对其以下衬底内的空穴具有"屏蔽"作用,从而使集电区范围变窄、集电区电子有效扩散长度减小,可使器件集电区由非透明变成内透明。本论文首次对600V平面栅内透明集电极IGBT(ITC-IGBT)的温度特性进行了仿真研究,并与传统PT-IGBT进行了比较。仿真结果表明,ITC-IGBT不仅技术折衷曲线明显优于PT-IGBT,且电流零温度系数点以及关断损耗随温度的增加率也比PT-IGBT要低,这说明ITC-IGBT不仅具有优良的电参数指标,同时具有良好的热稳定性。是一类颇具潜力的低压快速IGBT。

600V高性能新型槽栅内透明IGBT的仿真

载流子存储层(CSL)可以改善IGBT导通态载流子分布,降低通态电压,但影响器件阻断能力。为了平衡载流子存储层对器件阻断能力的影响,在器件n-漂移区中CSL层处近哑元胞侧设计了p型埋层(p BL),利用电荷平衡的理念改善电场分布,并借助ISE-TACD仿真工具,依托内透明集电极(ITC)技术,研究了600 V槽栅CSL-p BL-ITC-IGBT电特性。为了保证器件承受住不小于10μs的短路时间,设置了哑元胞。在此基础上,仿真分析了CSL和p BL的尺寸及掺杂浓度、哑元胞尺寸等对器件特性的影响,并与普通的槽栅ITC-IGBT、点注入局部窄台面(PNM)ITC-IGBT的主要技术指标进行对比,给出CSL和p BL的尺寸及掺杂浓度的最佳范围。结果表明,合理的参数设计可使CSL-p BL-ITC-IGBT具有更优的技术折中曲线。

IGBT集电结局域寿命控制的比较与分析

新型的电场终止型绝缘栅双极晶体管(FS-IGBT)改善了传统穿通型(PT)IGBT性能上的不足,但对于1 200 V以下器件需要超薄片加工。为打破加工技术的限制,用简易的厚片工艺实现薄片性能,可以在集电结附近设置载流子局域寿命控制层(LCLC)来改善器件性能。目前有两种方案:将LCLC区置于集电区内形成内透明集电极IGBT(ITC-IGBT);或置于缓冲层内,形成缓冲层局域寿命控制IGBT。对这两种结构的600 V器件结合具体参数进行了仿真和比较。仿真结果表明,两种结构的器件可实现几近相同的折中特性,但当LCLC区位于缓冲层内时,需要更低的局域寿命,且更易发生通态特性的回跳现象,影响器件性能。因此将LCLC区置于集电区,即形成ITC-IGBT结构是一个更好的选择,为探索用厚片工艺制造高性能IGBT提供了必要的参考。

600V新型槽栅内透明集电极IGBT的仿真

针对低压透明集电极绝缘栅双极晶体管(ITC-IGBT)制造难度高的问题,基于内透明集电极(ITC)技术,将点注入局部窄台面(PNM)槽栅结构应用于IGBT中,提出一种600 V新型槽栅内透明集电极IGBT。采用仿真工具ISE-TCAD,对PNM-ITC-IGBT的导通特性、开关特性、短路特性等进行仿真,重点研究局域载流子寿命控制层的位置及其对内载流子寿命的影响,并与普通槽栅内透明集电极IGBT进行对比。结果表明,新结构具有较低的通态压降和关断损耗,尤其在短路特性方面,提高了槽栅IGBT的抗烧毁能力,且局域载流子寿命控制层的位置和寿命存在最佳范围。

内透明集电极IGBT开关特性及短路特性仿真研究

针对内透明集电极(internal transparent collector,ITC)绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)结构的短路特性进行数值模拟研究,通过模拟仿真明确了缓冲层掺杂浓度、局域载流子寿命控制区位置及局域载流子寿命参数对ITC-IGBT的导通特性、开关特性、短路特性的影响。通过优化折中器件的缓冲层掺杂浓度、局域寿命控制区寿命参数和局域寿命控制区位置的关系,在器件特性满足要求的同时,改善器件的抗短路能力。文章最后给出一种可供参考的具有良好抗短路能力的IGBT器件设计方法,确定了缓冲层浓度的最低值和局域载流子寿命最大值,明确了局域寿命控制的合理范围。