【摘 要】
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IGBT具有GTR和MOSFET各自的优势特点,具有MOSFET的输入阻抗高、其驱动电路简单、开关速度快、驱动功率小等特点。在直流电压为600V及以上的变流系统应用上非常合适,在新能源汽车、智能电网、轨道交通、等战略性产业领域上也被广泛应用。在国内现有的IGBT工艺平台及公司现有的工艺技术的基础上,完成了1200V沟槽栅场截止型IGBT器件开发,研究了IGBT器件中的终端结构设计以及元胞设计方案,
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IGBT具有GTR和MOSFET各自的优势特点,具有MOSFET的输入阻抗高、其驱动电路简单、开关速度快、驱动功率小等特点。在直流电压为600V及以上的变流系统应用上非常合适,在新能源汽车、智能电网、轨道交通、等战略性产业领域上也被广泛应用。在国内现有的IGBT工艺平台及公司现有的工艺技术的基础上,完成了1200V沟槽栅场截止型IGBT器件开发,研究了IGBT器件中的终端结构设计以及元胞设计方案,使用TCAD软件进行了不同场限环和场板结构结合的终端结构,进行了器件场截止层不同工艺设计方案下的仿真分析,对设计的IGBT器件工艺方案进行设计和流片验证,对不同设计方案下的器件进行静态和动态以及安全工作区的特性测试,初步得到了以下结论:TCAD软件仿真结果表明:多场限环和场板结构相结合的终端结构可以实现更高的击穿电压,且受场限环注入剂量的影响较小;场截止层可以采用外延再生长或离子注入的方式来实现,仿真结果表明上述两种实现方式都可以达到耐压需求,但是需对场截止层的浓度进行优化设计,才能得到低的饱和压降。流片数据表明:元胞结构中采用有源元胞和dummy元胞结合的设计,可一方面降低IGBT顶部MOS区的有效沟道宽度,从而降低器件短路电流,有利于提高器件的短路安全工作区,同时,dummy元胞可以实现增强顶部MOS区P阱下的载流子浓度,达到降低饱和压降的目的;采用外延掺杂的方式实现FS层,且集电极注入剂量为5e13时,器件可达到耐压1640V,20A下饱和压降1.42V,40A下饱和压降2.32V,600V下短路时间19u S。对比不同实验分片条件下流片数据,可以发现使用外延再生长的方式可以实现IGBT具有更低的开关损耗,更宽的短路安全工作区以及低饱和压降和高耐压。
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