【摘 要】
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相比于传统智能功率模块,单片智能功率芯片将控制模块和功率器件集成在一起,大大减小了芯片体积,实现整机系统的微型化和智能化。绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管(Silicon-On-Insulator Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,SOI-LIGBT)器件具有击穿电压高、电流能力强以及易于驱动等优点,是单片智能功率芯片中的核心功率器件,而在短路应力
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相比于传统智能功率模块,单片智能功率芯片将控制模块和功率器件集成在一起,大大减小了芯片体积,实现整机系统的微型化和智能化。绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管(Silicon-On-Insulator Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,SOI-LIGBT)器件具有击穿电压高、电流能力强以及易于驱动等优点,是单片智能功率芯片中的核心功率器件,而在短路应力下,器件极易发生失效并致使整个芯片损毁,其短路鲁棒性决定了芯片的可靠性及应用范围,因此提升SOI-LIGBT器件的短路鲁棒性具有重要意义。本文基于双深沟槽SOI-LIGBT器件结构,对其短路鲁棒性进行优化设计。分析发现,器件短路失效的原因为:深沟槽限制了器件的电流路径,导致载流子在沟槽底部集中,致使沟槽底部出现热量堆积,最终沟槽底部局部温度过高并引发集电极动态雪崩,器件短路失效。本文通过减小深沟槽深度,扩展沟槽底部的电流路径,有效缓解沟槽底部的电流集中,降低了集电极发生动态雪崩的风险;并引入发射极侧导电沟槽结构,增加空穴热通量扩散路径;同时采用了P~+/N~+间隔发射极结构,P~+可以有效吸收流向发射极的空穴电流,抑制短路动态闩锁。仿真结果表明:优化后的双深沟槽SOI-LIGBT器件的击穿电压为560V,导通压降为1.8V,关断时间为132ns;在母线电压为450V的条件下,短路承受时间达到了9.8μs,达到了设计指标要求。
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