具有大注入效应增强的高速ligbt的研究

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目具有大注入效应增强的高速LIGBT的研究专业学位类别工程硕士学号201522033008作者姓名肖坤指导教师李俊宏副教授分类号密级注1UDC学位论文具有大注入效应增强的高速LIGBT的研究（题名和副题名）肖坤（作者姓名）指导教师李俊宏副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士专业学位类别工程硕士工程领域名称集成电路工程提交论文日期2

2、018.3论文答辩日期2018.5学位授予单位和日期电子科技大学2018年6月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。StudyofHighSpeedLateralIGBTwithEnhancedMassPlasmaInjectionEffectAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MasterofEngineeringAuthor:XiaoKunSupervisor:LiJunhongSchool:S

3、choolofElectronicScienceandEngineering摘要摘要功率半导体器件是电力电子系统中的核心元器件之一，起着电能转换和控制的重要作用。绝缘栅双极型晶体管（IGBT）作为发展比较成熟的功率半导体器件，集MOS场效应管的栅极电压控制和双极晶体管的低导通电阻特性于一身，具有电压控制、输入阻抗大、导通电阻小、驱动功率低等一系列优点，更是广泛地被应用于电子电力系统中。纵向的IGBT可以做成分立器件，实现高耐压，因而被广泛应用于大功率场合；而横向IGBT与传统的CMOS集成电路工艺相兼容，可以被集成在体硅基或SOI基上，是功率集成电路的

4、核心器件之一。IGBT器件作为双子导电器件，导通时电流密度大，导通压降低，具有很好的导通特性，然而器件在关闭时，因非平衡载流子引起的拖尾电流会导致其产生关闭延迟，这增加了器件的开关损耗，限制了IGBT的应用范围。本论文以横向绝缘栅双极晶体管（LIGBT）为主要研究对象，在了解IGBT器件结构及其工作原理的基础上，针对LIGBT器件“导通压降-关断时间”这一矛盾关系，主要做了以下的仿真研究和优化设计：1.分析并仿真验证双栅器件DG-ILET的工作特性，验证解决负阻效应的方法，并通过控制栅极的电压对器件的性能进行优化；2.提出了一种带有多晶硅场板的SOI基

5、双栅LIGBT结构：该结构采用高K材料作为栅介质，引入了一个从器件阳极P+区指向多晶硅层的电场，从而使得器件在导通时的大注入效应增强；利用多晶硅场板实现对空穴的主动控制，从而优化器件的关闭特性，同时可以通过对多晶硅的掺杂和PN结位置的调节，来提高器件的击穿电压。详细的研究了器件的击穿电压与多晶硅掺杂和PN结位置的关系；器件的通态电流与n型缓冲层和阳极P区掺杂浓度，与介质层介电常数和厚度的关系；关闭特性与阳极P+区掺杂浓度及介质层介电常数和厚度的关系。仿真结果显示：该器件可以大幅度提高器件的导通电流密度，同时又可以有效降低器件的关闭延迟时间，降低开关损耗

6、，兼顾了器件的导通性能和关闭特性。3.利用仿真工具Tsuprem4和Medici完成工艺参数仿真和器件仿真。关键词：横向绝缘栅双极晶体管（LIGBT），导通压降Von，关断时间Toff，击穿电压，负阻效应（NDR）IABSTRACTABSTRACTPowerSemiconductorDevice,whichisoneofthecoredevicesinpowerelectronicsSystems,transfersandcontrolstheelectricenergy.Asapopularpowersemiconductordevice,Insul

7、atedGateBipolarTransistor(IGBT)combiningthecharacterofgatingvoltagecontrolofMOSFETandthelowon-resistanceofBJT,iswidelyusedinallkindsofpowerelectronicssystemwhichhastheadvancesofvoltagecontrol,highinputimpedance,lowon-resistance，lowdrivingpowerdissipationandsoon.TheverticalIGBTca

8、nbefabricatedasdiscretedevices,soitiswidelyused