论文部分内容阅读
IGBT是电力电子技术中对电能进行转换、控制和利用的重要开关元器件，它的性能好坏直接关系到系统的转换效率。在高频应用中IGBT的开关速度成为限制电力系统发展的重要因素，因此如何提高IGBT的开关速度且不增加IGBT的功耗成为研究功率半导体器件的重要课题。 本论文针对槽栅IGBT栅电容大、开关速度相对较慢的问题，基于内透明集电极技术，利用电荷耦合（Charge Coupled，简称CC）思想，将垂直RESURF（Reduced Surface Field）理念用于槽栅IGBT，提出一种CC ITC-IGBT结构。该结构的特点是:1）采用双层外延，提高局域漂移区掺杂浓度，从而在保证相同电流导通能力下，降低背发射极（集电极）注入效率，改进关断速度;2）垂直RESURF场板与发射极相连，将栅-集电极电容转变成集电极-发射极电容，使器件开关过程中的Miller电容大大降低，进一步改善关断速度，降低关断损耗。为了验证设计理念，针对600V IGBT进行了仿真研究，主要完成了以下工作: 第一:针对新结构的特点，对器件结构进行初步的设计与优化，保证器件在常规工作范围内具有良好的导通特性、阻断能力和10μs短路耐受能力。初步优化主要包括:基本元胞尺寸设计、漂移区双层外延浓度与厚度优化匹配、针对10μs短路耐受要求的哑元胞密度设计等。 第二:对CC ITC-IGBT的折中特性进行了仿真，重点研究不同槽深、不同外延掺杂浓度对折中特性的影响，明确针对低导通压降型和快速关断型的不同要求，器件优化设计的方向。 第三:仿真对比了CC ITC-IGBT和普通沟槽栅ITC-IGBT折中特性，重点讨论了低导通压降区和快速关断区关断过程的特点，明确了CC ITC-IGBT优势所在和优势范围。