论文题目: 电导调制器件局域寿命控制技术
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 方健
导师: 李肇基
关键词: 电导调制,局域寿命控制,低能量大剂量离子注入,正向安全工作区
文献来源: 电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 电导调制型功率器件，如绝缘栅双极型晶体管（IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor）是现代电力电子电路中常采用的关键器件。这类器件在正向导通电压VF降低的同时，其关断时间toff却明显增长，这使其工作频率受限、开关功耗增大。因此，提高开关速度并改善正向导通电压和关断时间的折衷关系是这类器件的关键问题之一。局域寿命控制是一种提高器件的关断速度，且改进toff～VF折衷关系的有效方法。尽管有文献对PIN、IGBT等器件的局域寿命控制技术进行了研究，但对于局域寿命控制下电导调制器件的稳态和瞬态理论模型，国际上鲜见报道。此外，对于多区局域寿命控制技术，由于其具有更大的自由度，因此实验表明其对该类器件toff～VF折衷关系的改善更为突出。但对于多区局域寿命控制下器件的理论分析，目前仍未见报道。 本文围绕提高电导调制器件关断速度和改善其正向压降与关断速度折衷关系的局域寿命控制技术开展研究，研究了局域寿命控制技术及其物理过程，提出了一种新结构器件，首次建立了三个局域寿命控制下的器件模型。其具体工作包括以下几个方面。 通过试验研究了一种新型的低能量、大剂量He+注入局域寿命控制技术，该技术能更有效地提高器件开关速度和改善正向压降与开关速度的折衷关系。根据多能级复合理论建立了低能量、大剂量He+注入局域寿命控制形成深能级位置、缺陷密度等参量与非平衡载流子寿命的关系模型。 提出低能量、大剂量He+注入局域寿命控制SOI-LIGBT新结构器件，并在2.5μm工艺下，研制出580V的局域寿命控制SOI-LIGBT。试验测得其正向压降和关断时间折衷关系明显优于普通LIGBT和阳极短路LIGBT。 建立了局域寿命控制下的电导调制器件稳态模型，并通过试验和二维器件仿真加以了验证。该模型是通过在不同边界条件下求解双极输运方程而获得的，可较精确描述PIN、PNP和IGBT等多种电导调制器件正向特性。特别地，建立了有局域寿命控制的NPT-IGBT稳态模型，通过与二维器件数值仿真比较，模型结果和仿真结果能较好吻合，并成功解释了见于不同文献中的不同种类局域寿命控制的最优低寿命区位置不同的现象。 采用准静态近似，首次建立了局域寿命控制下电导调制器件的瞬态模型，并进行了验证。该模型是将器件关断过程分成快速下降阶段和缓慢下降阶段，并在准静态近似下求解而获得。模型中给出了表征局域寿命控制程度的n基区非平衡载流子有效寿命，并对局域低寿命区参数与关断时间的关系进行了分析。 对于多区局域寿命控制和任意寿命分布情况，分别采用分区解、WKB解和摄动解三种方法，建立了电导调制功率器件中非平衡载流子分布的稳态模型。
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1.寿命控制技术
1.2.局域寿命控制技术
1.3.多区局域寿命控制和寿命工程技术
1.4.本论文的主要工作
第二章 低能量He~+离子注入局域寿命控制技术
2.1.He~+离子注入寿命控制的机理
2.2.He~+注入引入缺陷对少数载流子寿命影响模型
2.3.He~+注入引入缺陷对载流子迁移率的影响
2.4.He~+注入局域寿命控制SOI-LIGBT
2.5.结附近局域寿命控制分析
2.6.本章小结
第三章 局域寿命控制电导调制功率器件稳态模型
3.1.电导调制型器件的基本方程
3.2.局域寿命控制下非平衡载流子分布的一般解
3.3.局域寿命控制PIN器件模型
3.4.局域寿命控制PNP器件模型
3.5.局域寿命控制IGBT器件模型
3.6.本章小结
第四章 局域寿命控制IGBT瞬态模型
4.1.快速下降阶段
4.2.第二下降阶段
4.3.本章小结
第五章 多区局域寿命控制和任意分布寿命控制
5.1.多局域寿命控制分区解
5.2.任意寿命分布下的WKB解
5.3.任意寿命分布下的摄动解
5.4.本章小结
第六章 局域寿命控制对器件其他参数的影响
6.1.局域寿命控制对器件耐压的影响
6.2.局域寿命控制对器件安全工作区的影响
6.3.本章小结
总结
致谢
参考文献
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发布时间: 2006-11-28
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