18 kV 4H-SiC ESC-IGBT结构设计与特性研究

针对碳化硅(SiC)绝缘栅双极晶体管(IGBT)空穴抽取慢,导致关断损耗高的问题,文中提出一种发射极肖特基接触的18 kV 4H-SiC IGBT(ESC-IGBT)新结构。该结构在JFET区上方引入肖特基结,并将其与发射极短接,提供额外的空穴抽取路径,降低关断损耗。当ESC-IGBT处于关断阶段时,随着耗尽层在漂移区中扩展,额外的空穴抽取路径开始工作,可以有效解决单一路径空穴抽取慢的问题,进而降低关断损耗。Sentaurus TCAD分析结果表明:ESC-IGBT击穿电压为20.9 kV时,所提出的ESC-IGBT的栅氧化层电场相比传统平面型有效降低46%,栅氧可靠性有所提高;在正向导通特性无明显退化的前提下,ESC-IGBT栅集电荷比传统平面型SiC IGBT结构降低37%,关断损耗和工业优值(IFOM=V_(ce)·E_(off))降低34%。另外,ESC-IGBT易实现的工艺与主流SiC IGBT工艺兼容,适用于高频高可靠性电力电子系统。