半超结抑制RC-TIGBT Snapback效应机理与仿真

首次对半超结RC-TIGBT与传统RC-TIGBT的正向导通机理进行了比较研究。通过Silvaco TCAD软件仿真,模拟研究了Ydrift值、P-集电区宽度与N+短路区宽度等关键参数对Snapback效应的影响。结果表明,回退电压点随着Ydrift的减小而减小,且与Ydrift呈线性关系。对于底部集电极尺寸而言,回退电压点与P-集电区宽度有关,与N+短路区宽度基本无关。基于仿真结果,给出半超结RC-TIGBT的等效电路,并详细分析了半超结技术能抑制Snapback效应的原因。最后,对半超结RC-TIGBT的结构参数进行设计,提出一种能减小Snapback效应的有效方法。

逆导型IGBT电压回跳现象在电路应用中的影响分析

逆导型IGBT(RC-IGBT)是一种新型功率半导体器件,实现了IGBT和续流二极管的片内集成,具有体积小、成本低、功率密度高、正温度系数、良好的功率循环能力和关断特性等诸多优势。RC-IGBT正向导通时存在电压回跳现象,建立物理模型详细分析其产生机理及影响因素,得出了缓冲层掺杂浓度是决定回跳电压大小的重要因素。进一步通过控制变量法,利用TCAD仿真软件,从导通特性、并联均流特性和开关特性三个方面详细测试,分析了具有不同程度回跳现象的RC-IGBT在实际电路应用中的影响。通过合理的参数选择,可将回跳电压控制在可接受的范围内,并提高了器件的综合性能,为RC-IGBT设计优化和实际应用提供了有价值的参考和理论指导。

4H-SiC SP-MPS二极管迅回效应的仿真研究

为了抑制4H-SiC MPS二极管的迅回效应,在传统结构的肖特基结下方引入P-轻掺杂区形成SP-MPS结构。给出简化电阻模型和等效电路图分析MPS二极管的正向导通特性,仿真了肖特基区宽度、P+区结深及P-区深度等关键参数对迅回效应的影响。研究结果表明,减小肖特基区宽度、增加P+区结深均可有效抑制迅回效应。SPMPS结构通过添加P-轻掺杂区来调整肖特基势垒高度进而控制转折电压的大小,增加P-区深度对迅回效应具有抑制作用,但与P-区掺杂浓度基本无关。对比传统MPS结构,在P-区深度为0.25μm、掺杂浓度为1×10^(17)cm^(-3)的条件下,SP-MPS结构的肖特基势垒高度增加了35.7%,转折电压降低了73.2%,明显改善迅回效应对MPS二极管正向特性的影响。

4H-SiC基MPS二极管迅回效应分析

为优化二极管抗浪涌电流能力及正向特性,针对器件工艺参数对迅回效应的影响进行了研究。采用建模仿真对比不同参数下的器件正向特性,分别对P+区和漂移区的掺杂浓度以及P+区宽度3个方面进行讨论。提取在迅回效应过程中器件的正向偏置处于转折与折回电压时漂移区内空穴的分布,进而细化研究该效应的产生过程机理。仿真结果表明,增加P+区的掺杂浓度与宽度可以有效抑制迅回效应,较高的漂移区掺杂浓度会增加器件在单极工作模式下的电流密度,但同时增大转折电压可使迅回效应加剧,适当减小漂移区掺杂浓度可以抑制迅回效应。

A 4H-SiC merged P–I–N Schottky with floating back-to-back diode

A novel 4 H-Si C merged P–I–N Schottky(MPS)with floating back-to-back diode(FBD),named FBD-MPS,is proposed and investigated by the Sentaurus technology computer-aided design(TCAD)and analytical model.The FBD features a trench oxide and floating P-shield,which is inserted between the P+/N-(PN)junction and Schottky junction to eliminate the shorted anode effect.The FBD is formed by the N-drift/P-shield/N-drift and it separates the PN and Schottky active region independently.The FBD reduces not only the Vturn to suppress the snapback effect but also the Von at bipolar operation.The results show that the snapback can be completely eliminated,and the maximum electric field(Emax)is shifted from the Schottky junction to the FBD in the breakdown state.

NMOS ESD保护器件直流仿真模型设计

本文对NMOS ESD保护器件建模中的骤回现象和寄生效应进行了研究,并据此提出了一个NMOS ESD保护器件的DC模型。该模型包括基于BSIM3模型的MOS管、反映寄生效应的寄生NPN晶体管、衬底电阻和串联电阻。提出了用于描述模型工作在大电流区域时状态的I-V特性计算公式和对模型所需晶体管参数进行提取的方法。仿真结果表明该模型能够较好地描述NMOS ESD保护器件的工作特性。

新型半超结逆导IGBT的导通机理分析

本文对半超结逆导IGBT这一新型结构的导通机理进行分析。通过SilvacoTCAD软件仿真验证,半超结RC-IGBT的耐压能力、正反向导通能力都明显优于传统RC-IGBT。详细分析了电荷不平衡效应对器件耐压能力的影响,并给出了N/P-柱掺杂浓度合理的取值范围。此外提出由于半超结RC-IGBT器件内寄生PNP三极管与传统RC-IGBT寄生三极管大不相同,电导调制效应主要发生在N/P-柱以下的漂移区内,也正是因为其特殊的导通机理使得半超结技术对解决负阻效应具有重要意义。

多单元逆导型IGBT电压回跳现象的抑制策略研究

逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT)在从单极性导通模式切换至双极性导通模式的过程中,存在特有的电压回跳现象,影响了器件的可靠性,增大了开关损耗。此处对RC-IGBT的导通过程进行了详细的理论分析,针对造成电压回跳现象的横向电子电流,使用微元法建立了电流微分模型,提出了一种通过优化器件底面布局来抑制电压回跳的解决策略,并给出了增加并联MOSFET单元数量、适当减小N^+短路区长度、调整N^+短路区位置等具体实施方案。该研究利用Silvaco TCAD仿真软件,结合半导体生产工艺,实现了实物RC-IGBT芯片的无回跳输出特性,有力验证了所提抑制策略的有效性,为RC-IGBT的设计提供了有价值的参考。