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绝缘栅双极晶体管(IGBT)的研究与设计

吴滔  
【摘要】:IGBT的全称是Insulate Gate Bipolar Transistor,即绝缘栅双极晶体管。它兼具MOSFET和GTR的多项优点,极大的扩展了半导体器件的功率应用领域。例如将之应用于变频空调逆变电路当中,显著地改善了空调的性能。 但是,在IGBT二三十年的发展中,国际上的制作技术不断发展,而在国内暂时还没有生产厂家。原因是多方面的,其中最主要的困难是P~+N~-阳极结的制备,需要在低阻材料上形成高阻层,从而同时获得高击穿电压和低导通电阻,这在第五章工艺设计中将会做一介绍。最近,杭州市士兰微电子有限公司引入了一条生长厚外延的工艺生产线,使得制备性能良好的阳极结成为可能。因此,浙江大学信电系微电子研究所与杭州市士兰微电子有限公司合作,立项开发研制IGBT器件,期望能研制出适用于变频空调逆变电路的IGBT器件。 本论文作为此项工作的一部分,主要负责IGBT器件的理论研究以及工艺器件设计和计算机模拟,主要包括器件的物理分析、器件/工艺优化设计等。 本文从IGBT的工作原理出发,探讨了器件结构参数对器件特性的影响,总结出主要参数的设计依据,并据此进行了IGBT器件结构设计和计算机模拟。在工艺方面,结合士兰公司提供的工艺条件,进行了工艺/器件仿真,提出了两次多晶硅的非常规工艺流程,改善了深阱扩散时出现的三角形P阱区现象。 对比立项的主要指标:阈值电压标准值为3V(2.5V-4V),工作电流15A,击穿电压600V以上,本论文的工艺器件模拟结果除工作电流偏小外,阈值电压、击穿电乐等参数,均已很好达到了设计指标,能够用于指导IGBT器件的试制。工作电流则可以通过第三维结构的设计,或适当减小栅氧厚度来改善,在正式试制时作进一步调整。


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