4.5kV IEGT的IE效应与特性分析

论文摘要

电子注入增强型栅极晶体管IEGT （Injection Enhancement Gate Transistor）是由IGBT发展而来的。1994年由日本东芝公司开发成功。由于IEGT具有比IGBT更强的通流能力,可用于大功率领域。目前,只有日本的东芝、日立、三菱以及瑞士的ABB公司在研发该类产品,国内尚无开发。本文较为系统地分析了IEGT的结构特点,工作原理及其特性。先利用ISE软件分析了平面栅IEGT（P-IEGT）,沟槽栅IEGT（T-IEGT）以及带有阻挡层的T-IEGT的IE效应,模拟了三种结构在常温和高温下的导通特性、阻断特性及开关特性,提取了P-IEGT和T-IEGT优化设计的结构参数。最后,讨论了P-IEGT的高温闩锁效应,并设计了其高压终端结构。主要研究内容如下：首先,介绍了IEGT的结构特点、工作机理及其各项特性,分析了IE效应的产生机理及IEGT的安全工作区（SOA）。第二,研究了结构参数对IE效应的影响。结果表明,随着栅极长度增加,P-IEGT的IE效应逐渐增强并趋于稳定,通态压降降低,关断时间延长；沟槽的深度和宽度的增加都会使T-IEGT的IE效应增强,通态压降降低；阻挡层的厚度和浓度的增加会导致T-IEGT器件IE效应增强,通态压降下降。第三,模拟了IEGT的各项特性。结果表明,FS层浓度和厚度、集电极厚度、n+发射区的长度、少子寿命等参数强烈地影响IEGT器件通态特性和开关特性。沟槽深度和宽度,以及阻挡层的浓度的增加都会影响T-IEGT器件的阻断电压下降和峰值电场转移,并增加T-IEGT的输入输出电容。第四,讨论了高温对IEGT关键特性参数的影响。结果表明,随温度升高,阻断电压是先增大后减小,通态压降先减小后增大,闩锁电流会明显下降。第五,设计了P-IEGT的高压终端结构。结果表明,场环和场板结合使用不仅可以提高IEGT的表面击穿电压,还可节省芯片面积。并且,在每级场环之间设置场板效果更好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 IEGT器件的发展概况
• 1.1.1 IEGT结构的提出
• 1.1.2 IEGT器件的发展
• 1.1.3 IEGT器件制造工艺的发展
• 1.2 IEGT的应用前景与研究意义
• 1.3 本文主要工作
• 2 IEGT器件的结构、工作原理及特性
• 2.1 IEGT的器件结构和分类
• 2.2 IEGT的工作机理及其等效电路
• 2.2.1 工作机理
• 2.2.2 等效电路
• 2.3 IEGT的特性分析
• 2.3.1 电子注入增强因子
• 2.3.2 通态压降
• 2.3.3 正向阻断电压
• 2.3.4 开关时间
• 2.4 IEGT的闩锁效应
• 2.5 IEGT的安全工作区
• 2.6 本章小结
• 3 IE效应的研究
• 3.1 P-IEGT的IE效应
• 3.2 T-IEGT的IE效应
• 3.2.1 沟槽结构参数对通态压降的影响
• 3.2.2 沟槽结构参数对IE效应的影响
• 3.3 带N阻挡层T-IEGT的IE效应
• 3.3.1 N阻挡层的作用机理
• 3.3.2 N阻挡层对通态特性的影响
• 3.3.3 N阻挡层对IE效应的影响
• 3.4 本章小结
• 4 IEGT的特性模拟与优化设计
• 4.1 P-IEGT的特性模拟
• 4.1.1 关键结构参数对器件特性影响
• 4.1.2 少子寿命对器件的影响
• 4.1.3 4.5 KV P-IEGT结构参数的提取
• 4.2 T-IEGT的特性模拟
• 4.2.1 沟槽结构参数对器件特性影响
• 4.2.2 4.5 KV T-IEGT结构参数的提取
• 4.3 带有N阻挡层的T-IEGT的特性分析与模拟
• 4.4 本章小结
• 5 P-IEGT的高温特性模拟与闩锁效应分析
• 5.1 高温分析模型的建立
• 5.2 高温特性的模拟
• 5.2.1 温度对静态特性的影响
• 5.2.2 温度对开关特性的影响
• 5.3 高温闩锁效应
• 5.3.1 高温对闩锁电流的影响
• 5.3.2 高温闩锁效应的改善
• 5.4 本章小结
• 6 P-IEGT的高压终端结构分析
• 6.1 常用的结终端技术
• 6.2 P-IEGT终端结构的设计
• 6.2.1 场环的设计
• 6.2.2 场板的设计
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考资料