新型载流子积累的逆导型横向绝缘栅双极晶体管

通过引入n^(+)阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管(reverse-conducting lateral insulated gate bipolar transistor,RC-LIGBT)可以实现反向导通,并且优化器件的关断特性,是功率集成电路中一个有竞争力的器件.本文提出了一种新型载流子积累的RC-LIGBT,它具有电子控制栅(electron-controlled gate,EG)和分离短路阳极(separated short-anode,SSA),可以同时实现较低的导通压降和关断损耗.在正向导通状态,漂移区上方的EG结构可以在漂移区的表面积累一个高密度的电子层,从而大大地降低器件的导通压降.同时,SSA结构的使用还极大优化了器件的关断损耗.另外,低掺杂p型漂移区与SSA结构配合,可以简单地实现反向导通并且消除回吸电压.仿真结果表明,所提出的器件具有优秀的导通压降与关断损耗之间的折衷关系,其导通压降为1.16 V,比SSA LIGBT低55%,其关断损耗为0.099 mJ/cm^(2),比SSA LIGBT和常规LIGBT分别低38.5%和94.7%.

空穴注入控制型横向绝缘栅双极晶体管

提出了空穴注入控制型横向绝缘栅双极晶体管（ Ｃ Ｉ Ｌ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ），它可以有效地控制高压下阳极区空穴注入，提高器件的闭锁电压。通过对阳极区反偏 ｐ＋ ｎ＋ 结击穿电压 Ｂ Ｖ Ｚ、取样电阻 Ｒ Ａ 和阳极区结深的优化，提高了 Ｃ Ｉ Ｌ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的抗闭锁能力，降低了其导通压降，并获得了初步实验结果。

一种可快速关断的新型横向绝缘栅双极晶体管

提出了一种可快速关断的新型横向绝缘栅双极晶体管(LIGBT)。在LIGBT关断时,利用一个集成的PMOS晶体管来短路发射结,以获得短的关断时间。PMOS晶体管由LIGBT驱动,不需要外部驱动电路。新器件在没有带来任何副作用(如snap-back现象和工艺制造上的困难)的情况下,获得了低的导通压降和快的关断速度。数值仿真结果表明,新器件在不增加导通压降的同时,将关断时间从120ns降到12ns。

具有表面超结的横向绝缘栅双极晶体管研究

提出了一种基于体硅的表面超结横向绝缘栅双极晶体管(SSJ LIGBT)。分析了工艺参数注入剂量和注入能量对器件性能的影响,基于耐压需求的考虑,设计并优化了SSJ LIGBT器件及其终端。对该SSJ LIGBT进行了击穿特性、输出特性和转移特性的测试。测试结果表明,该SSJ LIGBT的耐压达到693 V,比导通电阻仅为6.45Ω·mm~2。

550 V无电压折回逆导型横向绝缘栅双极晶体管器件设计

逆导型横向绝缘栅双极晶体管(RC-LIGBT)由于高电流密度、小封装成本等优点,成为了功率器件领域内主流器件之一,然而其会受到电压折回现象的不利影响。本文提出了一种基于绝缘体上硅技术的RCLIGBT器件,将续流二极管集成在位于埋氧层下的衬底,利用埋氧层的隔离特性实现了IGBT与续流二极管之间的电学隔离,进而实现了完全消除电压折回现象。仿真结果显示:在几乎相同的耐压和反向导通能力下,由于更小的器件尺寸,本文提出的器件获得了更高的电流密度;本文器件的导通压降与关断损耗分别相比于传统器件降低14.4%和62.2%,实现了更好的导通压降与关断损耗的折中。

一种注入增强型快速SOI-LIGBT新结构研究

薄顶层硅SOI(Silicon on Insulator)横向绝缘栅双极型晶体管(Lateral Insulated-Gate Bipolar Transistor, LIGBT)的正向饱和电压较高,引入旨在减小关断态拖尾电流的集电极短路结构后,正向饱和电压进一步增大。提出了一种注入增强型(Injection Enhancement, IE)快速LIGBT新结构器件(F-IE-LIGBT),并对其工作机理进行了理论分析和模拟仿真验证。该新结构F-IE-LIGBT器件整体构建在薄顶层硅SOI衬底材料上,其集电极采用注入增强结构和电势控制结构设计。器件及电路联合模拟仿真说明:新结构F-IE-LIGBT器件在获得较小正向饱和电压的同时,减小了关断拖尾电流,实现了快速关断特性。新结构F-IE-LIGBT器件非常适用于SOI基高压功率集成电路。

一种新型SOI衬底上带有阳极辅助栅结构的SJ-LIGBT

提出了一种新型的SOI衬底上的横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT)。该LIGBT在漂移区采用了超结(SJ)结构,并且在阳极采用了新颖的阳极辅助栅结构。这种器件由于采用了上述2种结构,相比于普通的LIGBT,它的正向压降更低,开关速度更快。文章对器件的一些关键参数(如P-drift区掺杂浓度、阳极栅宽度和载流子寿命)对器件关断时间的影响进行了仿真。仿真结果表明,提出的新型结构器件与常规LIGBT器件相比,关断速度可以提高30%。

漂移区减薄的多沟道薄膜SOILIGBT的研究(Ⅰ)——低压截止态泄漏电流的温度特性

提出了一种新结构薄膜 SOI L IGBT——漂移区减薄的多沟道薄膜 SOI LIGBT( DRT-MC TFSOI L IGB)。主要研究了其低压截止态泄漏电流在 4 2 3～ 573K范围的温度特性。指出 ,通过合理的设计可以使该种新器件具有很低的截止态高温泄漏电流 ,很高的截止态击穿电压 ,足够大的正向导通电流和足够低的正向导通压降。还指出 ,它不仅适用于高温低压应用 ,而且适用于高温高压应用。

高速SOI-LIGBT的数值分析

研制出Ｈｅ离子注入局域寿命控制ＳＯＩ横向绝缘栅双极晶体管（ＳＯＩ－ＬＩＧＢＴ），有效地提高了器件的关断速度，且与集成电路工艺相兼容。数值模拟表明，该器件的t_f～V_F折衷关系优于采用非局域寿命控制的器件，在相同关断速度下其正向压降可降低０．６～１．４ Ｖ，避免了阳极短路结构的正向快速返回现象。

功率集成器件及其兼容技术的发展

功率集成器件在交流转直流(AC/DC)电源转换IC、高压栅驱动IC、LED驱动IC等领域均有着广泛的应用。介绍了典型的可集成功率高压器件,包括不同电压等级的横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(LDMOS)以及基于硅和SOI材料的横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT),此外还介绍了高低压器件集成的BCD工艺和其他的功率集成关键技术,包括隔离技术、高压互连技术、dV/dt技术、di/dt技术、抗闩锁技术等,最后讨论了功率集成器件及其兼容技术的发展趋势。

一种部分超结型薄层SOI LIGBT器件的研究

基于介质场增强(ENDIF)理论,提出了一种部分超结型薄硅层SOI横向绝缘栅双极型晶体管(PSJ SOI LIGBT)。分析了漂移区注入剂量和超结区域位置对器件耐压性能的影响,并在工艺流程中结合线性变掺杂技术和超结技术,使该器件实现了高垂直方向耐压和低导通电阻。测试结果表明,该器件的耐压达到816 V,比导通电阻仅为12.5Ω·mm^(2)。

SOI-LIGBT寄生晶体管电流增益的研究

采用二维器件模拟仿真软件Tsuprem4和Medici模拟了SOI-LIGBT的n型缓冲层掺杂剂量、阳极p+阱区长度、漂移区长度以及阳极所加电压对SOI-LIGBT寄生晶体管电流增益β的影响,通过理论分析定性的解释了产生上述现象的原因和机理,并且通过实验测试结果进一步验证了分析结论的正确性。其中,n型缓冲层掺杂剂量对电流增益β的影响最为明显,漂移区长度的影响最弱。基本完成了对SOI-LIGBT寄生晶体管电流增益β主要工艺影响因素的定性分析,对于SOI-LIGBT的设计有一定的借鉴意义。

漂移区均匀掺杂SOILIGBT通态电阻模型

在研究影响绝缘层上硅横向绝缘栅双极晶体管通态电阻物理机制的基础上,将通态电阻分解为沟道电阻、漂移区电阻和缓冲层电阻。计算沟道电阻考虑了沟道两侧耗尽层扩展对沟道电阻的影响。计算漂移区电阻时,将漂移区按载流子的分布分为3个部分,然后分别进行求解。然后综合得到SOI LIGBT通态电阻的近似模型,并讨论了影响SOI LIGBT通态电阻特性的主要因素,最后根据讨论结果提出改善措施。

功率LIGBT热载流子退化机理及环境温度影响

研究了横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT)的热载流子退化机理及环境温度对其热载流子退化的影响.结果表明,器件的主导退化机制是鸟嘴处大量界面态的产生,从而导致饱和区阳极电流Iasat和线性区阳极电流Ialin存在较大的退化的主要原因,同时,由于Ialin的分布比Iasat的分布更靠近器件表面,故Ialin的退化比Iasat的退化更严重;而器件沟道区的碰撞电离和热载流子损伤很小,使得阈值电压Vth在应力前后没有明显的退化.在此基础上,进一步研究了环境温度对LIGBT器件的热载流子退化的影响.结果表明,LIGBT呈现正温度系数,且高温下LIGBT的阈值电压会降低,使得相同应力下其电流增大,导致器件碰撞电离的增大,增强了器件的热载流子损伤.

500V沟槽阳极LIGBT的设计与优化

介绍一种双外延绝缘体上硅(silicon on insulator,SOI)结构的沟槽阳极横向绝缘栅双极型晶体管(trenchanode lateral insulated-gate bipolar transistor,TA-LIGBT).沟槽阳极结构使电流在N型薄外延区几乎均匀分布,并减小了元胞面积;双外延结构使漂移区耗尽层展宽,实现了薄外延层上高耐压低导通压降器件的设计.通过器件建模与仿真得到最佳TA-LIGBT的结构参数和模拟特性曲线,所设计器件击穿电压大于500 V,栅源电压Vgs=10 V时导通压降为0.2 V,特征导通电阻为123.6 mΩ.cm2.

SOI NLIGBT热载流子效应研究

SOI NLIGBT中热载流子效应分别通过直流电压的应力测试、TCAD仿真和电荷泵测试三种方法进行了研究。其中,不同直流电压应力条件下测得的衬底电流Isub和导通电阻Ron用来评估因热载流子效应引起的器件退化程度。为了进行理论分析,对器件内部的电场强度和碰撞离化率也进行了仿真。测试得到的电荷泵电流直接验证了器件表面的损伤程度。最后讨论了SOI LIGBT在不同栅压条件下的退化机制。

基于阳极弱反型层消除负阻效应的新型SOI LIGBT

在SOI衬底上,制作了一种基于阳极弱反型层消除负阻效应的新型横向绝缘栅双极晶体管(SOI AWIL-LIGBT)。利用反型所形成的高阻值电阻来使PN结阳极快速导通,阳极P+区中的空穴可以更快地注入漂移区,从而消除负阻效应。仿真结果表明,该新型LTGBT在保证关断速度不变的情况下,击穿电压为307V(漂移区长度为18μm)比,比常规SA-LIGBT提升了56%,并消除了负阻效应。

SOI LIGBT抗闩锁效应的研究与进展

概述了绝缘层上硅横向绝缘栅双极晶体管(SOI LIGBT)抗闩锁结构的改进历程,介绍了从早期改进的p阱深p+欧姆接触SOI LIGBT结构到后来的中间阴极SOI LIGBT、埋栅SOILIGBT、双沟道SOI LIGBT、槽栅阳极短路射频SOI LIGBT等改进结构;阐述了一些结构在抗闩锁方面的改善情况,总结指出抑制闩锁效应发生的根本出发点是通过降低p基区电阻的阻值或减小流过p基区电阻的电流来削弱或者切断寄生双极晶体管之间的正反馈耦合。

带有p型柱体的三维阳极短路LIGBT结构

为了有效消除器件的逆阻现象,提出了一种带有p型柱体的三维阳极短路横向绝缘栅双极型晶体管(SA-LIGBT)结构。p型柱体位于n型缓冲层中,提高了集电极区域的短路电阻,从而使逆阻现象完全消失。另一方面,p型柱体会向漂移区注入更多的空穴,可以增强通态条件下器件的电导调制效应,降低器件的通态压降。利用三维仿真软件Crosslight-APSYS仿真研究了p型柱体的高度、宽度和长度对逆阻现象以及对器件通态压降和关断速度的影响。结果表明,当p型柱体的高度为1μm,宽度为12μm,长度为20μm时,器件的逆阻现象完全消失。通态压降为1.61 V,关断时间为110.3 ns,而传统结构LIGBT的通态压降为1.56 V,关断时间为2.33μs。

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。