论文部分内容阅读
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种结合了双极晶体管和功率场效应晶体管优点的电压控制型器件。它具有电压驱动、输入阻抗高、电流容量大、导通压降低、工作频率高等优点。随着设计及工艺能力的不断提高，IGBT的耐压电压范围也不断扩大，最高可以达到6500V，电流容量达到数千安培。但是随着耐压能力的不断提升，器件的厚度也在不停地增加，这直接导致器件的导通压降急剧上升。这严重降低了器件的能源转换效率及工作可靠性。开发新型结构的IGBT已迫在眉睫。 本文首先简单地描述了IGBT的应用领域及发展历程，通过研究国内外发展现状勾勒出其未来的发展方向。紧接着讨论了器件的工作原理，并通过理论和仿真手段详细分析了器件的耐压、导通压降和开关功耗等电学性能。在深刻理解器件工作原理及相应的电学特性基础上，阅读大量国内外最新文献，提出了新的元胞结构。该结构利用了超结解决了普通CSTBT存在的随着Nes层浓度升高而器件的耐压急剧降低的问题。由于在漂移区采用的是N柱和P柱交替排列的超结结构，不仅器件的耐压得到提高，器件的导通压降和开关速度等方面的性能也有所提高。从而摆脱了普通CSTBT对Ncs层浓度的限制，为实际的工艺制造提供了更大的窗口。尽管当前的超结工艺还不够成熟，但凭借其优越的综合性能优势，本文有理由相信，随着微电子工艺能力的提升，超结技术的应用将是未来IGBT产业发展的重要方向。 基于理论与实践并举的科学研究原则，结合实际的工艺能力，以非穿通技术理论为基础，利用数值模拟软件进行设计并不断优化，本文设计出了适合于目前工艺能力的1700V NPT-IGBT。同时开发相应的工艺平台，最终完成了整个器件的完整设计及工艺流片。根据本文相应的测试结果，本文设计的IGBT各参数均满足设计要求。