【摘 要】
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绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是性价比高于功率MOS和BJT的高压大功率半导体器件,目前在中、大功率应用场合被广泛使用。由于其在开态时对漂移区具有电导调制效应,这类器件能够同时实现高耐压和低导通损耗。但是,IGBT器件在关断时漂移区中存在少数载流子的反抽和复合过程,会导致关断能量损耗较高。所以,改善正向导通电压和关断能量损耗之间的
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绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是性价比高于功率MOS和BJT的高压大功率半导体器件,目前在中、大功率应用场合被广泛使用。由于其在开态时对漂移区具有电导调制效应,这类器件能够同时实现高耐压和低导通损耗。但是,IGBT器件在关断时漂移区中存在少数载流子的反抽和复合过程,会导致关断能量损耗较高。所以,改善正向导通电压和关断能量损耗之间的矛盾关系一直都是IGBT的研究热点之一。本文提出了一种具有p+/n混合集电区(Hybrid p+/n Collector,HC)的Fin P-body IGBT(Mesa结构)器件。HC结构在导通时能够保证有较高的空穴注入效率,关断时能快速将漂移区内的空穴抽走。Mesa结构在导通状态时能够提升发射极侧的空穴浓度,实现较低的正向导通电压。整合两种结构优点的HC-Mesa-IGBT具有更优的正向导通电压和关断能量损耗之间的折中关系,仿真结果表明在1200V额定值和Von为1.5V时,对比HC-IGBT和Mesa-IGBT,HC-Mesa-IGBT的Eoff分别降低了26%和54%。且制造工艺难度相比Mesa-IGBT几乎没有增加。论文完成的主要工作包括:首先,介绍了IGBT的发展背景、基本结构及其工作原理。其次,设计了一种新型的1200V-30A低损耗沟槽栅HC-Mesa-IGBT器件结构和制造工艺,并进行了详细的理论分析和计算。最后,基于Silvaco TCAD进行了工艺模拟和器件仿真。对比研究了HC-Mesa-IGBT、HC-IGBT和Mesa-IGBT的电学特性,证明了所设计的HC-Mesa-IGBT相比HC-IGBT和Mesa-IGBT具有更优异的性能。
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