埋氧沟槽栅双极模式JFET的仿真与实验(英文)

提出了埋氧沟槽栅双极模式JFET(BTB-JFET),其在栅极区域下面添加埋氧以减小栅漏电容Cgd.首次通过仿真对包括BTB-JFET、常规的无埋氧层的沟槽栅双极模式JFET(TB-JFET)和现在正在广泛应用的Trench-MOSFET(T-MOSFET)等20V级的功率开关器件在高频应用时的功率损耗进行了比较,得到有重要意义的结论.采用阻性负载电路.仿真结果表明,与T-MOSFET和常开型TB-JFET相比,常开型BTB-JFET在1MHz时开关功耗分别降低了37%和14%.进行实验以证明仿真工作的合理性,首次成功地制造出常开型BTB-JFET和TB-JFET,其中埋氧结构是通过热氧化的方法实现的.实验结果表明,与TB-JFET相比,在源漏零偏压时,BTB-JFET的Cgd减小了45%;在1MHz时,其开关时间与开关功耗分别降低了约7.4%和11%.因此常开型BTB-JFET应是今后低压高频功率开关器件的研究发展方向.

肖特基结多数载流子积累新型绝缘栅双极晶体管

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是现代功率半导体器件的核心,因其良好的电学特性得到了广泛的应用.本文提出了一种具有肖特基结接触的栅半导体层新型多数载流子积累模式IGBT,并对其进行特性研究和仿真分析.当新型IGBT处于导通状态,栅极施加正向偏压,由于肖特基势垒二极管极低的正向导通压降,使得栅半导体层的电压几乎等于栅极电压,从而能够在漂移区中积累大量的多数载流子电子.除了现有的电子外,这些积累的电子增大了漂移区的电导率,从而显著降低了正向导通压降.因此,打破了传统IGBT正向导通压降受漂移区掺杂浓度的限制.轻掺杂的漂移区可以使新型IGBT具有较高的击穿电压,同时减小了关断过程中器件内部耗尽层电容,因此整体米勒电容减小,提升了关断速度,减小了关断时间和关断损耗.分析结果表明,600 V级别的击穿电压时,新型IGBT的正向导通压降,关断损耗和关断时间相比常规IGBT分别降低了46.2%,52.5%,30%,打破了IGBT中正向导通压降和关断损耗之间的矛盾.此外,新型IGBT具有更高的抗闩锁能力和更大的正偏安全工作区.新型结构的提出满足了未来IGBT器件性能的发展要求,对于功率半导体器件领域具有重大指导意义.

一种电场调制载流子存储槽栅双极型晶体管

提出了一种性能优良的电场调制载流子存储槽栅双极型晶体管(CSTBT)。结合电场调制原理,在器件的载流子存储(CS)层引入P掺杂条,改善器件栅极下方氧化硅拐角处的电场分布,防止器件提前发生雪崩击穿,提高了器件的击穿电压。器件处于关断状态时,内部大量的空穴载流子通过CS层中未完全耗尽的P掺杂条到达发射极,抑制了CS层阻挡空穴的作用,有效提高了器件的关断速度。与传统CSTBT器件相比,改进器件的击穿电压值提高了379V,关断时间缩短了19.1%,器件性能大幅提高。

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。

槽栅IGBT硅化物自对准技术研究

本文设计了一种全自对准的槽栅 IGBT(绝缘栅双极晶体管 )结构 ,其工艺简单 ,全套工艺只有两张光刻版 ,是现有 IGBT工艺中最少的 ,而且两次光刻之间没有套刻关系 ,避免了套刻误差 ,提高了工艺成品率。同时 ,降低了制版费用和制造成本。设计了一种独特的 IGBT多重沟道短路结构 ,有效的防止闩锁。用氧化层硬掩膜和先进的硅化物工艺实现金属接触全自对准 ,可使元包尺寸减小到 2μm甚至更小 ,增加了 IGBT芯片单位面积的元包密度和沟道宽度 ,提高了电流 ,使器件导通电阻低于 0 .2 3mΩ / cm2 。用砷 (As)掺杂代替磷 (P) ,可有效提高源区表面浓度 ,实现浅结工艺。

IGBT全自对准栅挖槽工艺研究

设计了一种全自对准槽栅IGBT(绝缘栅双极晶体管)结构,其工艺简单,全套工艺只有两张光刻版,提高了工艺成品率。它独特的IGBT沟道多重短路结构,有效地防止了器件闩锁;采用氧化层硬掩膜和硅化物工艺,实现了全自对准的多晶硅反刻和金属连接,增加了IGBT芯片单位面积的元胞密度和沟道宽度,提高了器件的电流能力;用砷(As)掺杂代替磷(P)掺杂,有效地提高了源区表面浓度,实现了浅结工艺。

600V槽栅IGBT优良性能的机理分析

槽栅结构对功率绝缘栅双极晶体管(insulate gate bipolar transistor,IGBT)的影响主要是n-漂移区的电导调制而不是对沟道电阻的改善,为了论证这一问题,采用仿真工具Sentaurus TCAD,针对600 V的Trench IGBT和Planar IGBT两种结构的阻断特性、导通特性和开关特性等进行仿真分析,重点研究了2种结构在导通态时n-漂移区和沟道区各自所占的通态压降的比例以及n-漂移区内的过剩载流子数量.结果表明:2种结构的沟道区压降所占比例较小且相差很少,槽栅结构的n-漂移区内载流子数量远超平面栅结构,电导调制效果更好,即槽栅结构主要是对n-漂移区的电导调制的改善.同时研究了2种IGBT结构的E_(off)-V_(CE(on))折中曲线,发现槽栅IGBT具有更低的通态压降和关断损耗.

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。

沟槽栅IGBT非晶Si填槽工艺研究与优化

采用低压化学气相淀积（LPCVD）非晶Si填槽工艺代替LPCVD多晶Si填槽工艺,对沟槽绝缘栅双极型晶体管（IGBT）器件的沟槽进行非晶Si回填,研究并优化了高深宽比非晶Si填槽工艺。分析了LPCVD非晶Si工艺参数如PH3体积流量和沉积时间等对LPCVD非晶Si填槽能力的影响,通过调制P掺杂浓度和优化非晶Si淀积时间,得到槽底侧壁与槽口侧壁非晶Si厚度差值为0.022μm的基准非晶Si填槽工艺,优化了LPCVD非晶Si反复多次填槽工艺条件。结果表明,采用优化后的工艺可实现沟槽栅IGBT器件沟槽非晶Si无缝回填,器件的栅极电阻降低了0.150Ω,漏电流降低了1.408 nA,成品率提升了0.4%。

面向低压高频开关应用的功率JFET的功耗

提出了一种埋氧化物槽栅双极模式功率JFET(BTB-JFET),其面向低压高频开关应用。首次通过仿真对BTB-JFET、常规的槽栅双极模式JFET(TB-JFET)和槽栅MOSFET(T-MOSFET)等20V级的功率开关器件在高频应用时的功率损耗进行了比较。仿真中借鉴现有的高性能T-MOSFET的结构尺寸,并采用了感性负载电路对器件进行静态以及混合模式的电特性仿真,结果表明,常开型BTB-JFET与TB-JFET相比,零偏压时栅漏电容CGD减小25%;当工作频率为1MHz和2MHz时常开型TB-JFET与T-MOSFET相比总功耗分别降低了14%和19%,而常开型BTB-JFET较TB-JFET的总功耗又进一步降低了6%。仿真结果还表明,在不同工作频率下,常闭型JFET的性能都不如T-MOSFET。样管初步测试结果证明,常开型BTB-JFET与TB-JFET相比,零偏压时栅漏电容CGD减小45%,与仿真结果相一致。

大功率电力电子设备用微槽道系统实验研究

为同时满足大功率电力电子设备高热流密度散热及被冷却表面低温的要求，设计搭建了闭式真空微槽道制冷系统，对去离子水在负压下进行了实验研究。微槽道散热器包含17条尺寸为0．6ram（形）×2mm（D）×20mm（L）的微槽道，材料为无氧铜。实验工况为进口压力Pin=38．9～166．8kPa，流量V：3．2～20L／h，质量流速G=42～262kg／m^2 s，热流密度q″=6．6～220W／cm^2。实验结果表明IGBT壳温随压力的减小而减小，平均换热系数随压力的减小而增大，验证了负压两相系统的优势，在发热面温度低于80℃的情况下实现了热流密度100W／cm^2。

考虑器件结构布局的功率循环失效模式分离机制

功率循环作为考核器件封装可靠性最重要的测试被广泛应用,IGBT器件的寿命模型也越来越完善,考虑的影响因素也越来越多,如器件参数也被考虑到了CIPS08模型中,但器件失效模式的分离和失效机理的研究一直是难点。文中将脱离传统方法中测试条件的影响,重点考虑器件结构布局带来的热应力分布差异,深入研究器件不同结构布局情况下失效模式的分离机制,把握器件失效的根本原因,旨在为IGBT器件的封装结构设计提供理论指导。以INFINEON公司全桥模块EasyPACK(FS25R12W1T4)为测试对象,针对模块中具有不同IGBT芯片与DCB(direct copper bonded)板面积比的两个IGBT芯片(开关2和3)进行相同测试条件(结温差△Tj≈90K和最大结温Tjmax≈150℃)下的功率循环对比测试,以明确其失效模式。实验结果表明,具有小面积比的IGBT芯片为键合线失效,而具有大面积比的IGBT芯片则表现为焊料层的老化。这说明小的面积比可有效减小焊料层的温度梯度,从而减小器件焊料层的热应力,最终导致键合线的失效。进一步地,针对指定失效模式的IGBT芯片进行不同测试条件下的功率循环实验以验证器件失效模式分离的机制。最后,通过建立模块的有限元仿真模型深入探究器件焊料层的温度分布特性,解释器件失效模式分离机制和失效机理。

超薄顶硅层SOI基新颖阳极快速LIGBT

提出一种利用浅槽隔离(STI)技术的超薄顶硅层绝缘体上硅(SOI)基新颖阳极快速横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT),简称STI-SOI-LIGBT。该新结构器件整体构建在顶硅层厚度为1μm、介质层厚度为2μm的SOI材料上,其阳极采用STI和p+埋层结构设计。新器件STI-SOI-LIGBT的制造方法可以采用半导体工艺生产线常用的带有浅槽隔离工艺的功率集成电路加工技术,关键工艺的具体实现步骤也进行了讨论。器件+电路联合仿真实验说明:新器件STISOI-LIGBT完全消除了正向导通过程中的负微分电阻现象,与常规结构LIGBT相比,正向压降略微增加6%,而关断损耗大幅降低86%。此外,对关键参数的仿真结果说明新器件还具有工艺容差大的设计优点。新器件STI-SOI-LIGBT非常适用于SOI基高压功率集成电路。

晶体管、MOS器件

Y90-62020-135 0003765适用于双模式双波段功率放大器的增强模式器件技术=A true enhancement mode device technology suitablefor dual mode dual band power amplifier applications[会,英]/Glass,E.& Huang,J.//1999 IEEE radiofre-quency integrated circuits symposium.—135～138(UC)Y99-61987-666 0003766非箝位感应开关情况下的600V 击穿现象绝缘栅双极晶体管动态特性研究=A study of 600V punch-throughIGBT dynamics under unclamped jnductive swirching[会,英]/Azzopardi,S.& Vinassa,J.M//1999 IEEE14th Applied Power Electronics Conference,Volume2.—666～669(PC)