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SPT薄穿通IGBT的设计

方伟  
【摘要】:SPT-IGBT(Soft Punch-Through IGBT)革命性的制造工艺和结构为其带来了功耗低、功率处理能力强、速度快、可靠性高等优点,较大程度的发挥了硅片的性能,成为了IGBT以后的发展方向。但由于SPT-IGBT的制造是基于薄片工艺来实现的,因此工艺步骤精确度要求高,工艺设备复杂,作为商业机密目前只为几家半导体产业巨头所有。针对此问题,国内外众多半导体器件工作者进行了广泛关注和深入研究,当前工作主要集中在新理论结构和新工艺开发两个方面。 本文围绕SPT技术新理论、新结构和新器件结构进行研究。提出了新的理念-结合宽禁带半导体材料和SPT技术的理论,并详细介绍了目前应用最广的两种宽禁带半导体材料GaN和SiC的基础理论以及其应用的范围。除此之外,基于目前的国内工艺制造水平对SPT-IGBT的工艺进行了研究,提出了首创的改进和优化措施,分析器件耐压特性及静态特性,讨论相关结构参数对器件性能的影响,并进行模拟验证。 第一,提出在SPT技术中采用宽禁带半导体的理论。该理论基于宽禁带高可靠性的理论,通过结合SPT技术进一步提高击穿电压以及工艺可靠性。由于宽禁带半导体能承受更高的击穿电场,高温高频特性优良,在SPT-IGBT中如果应用部分改型材料则可以优化耐压和导通电阻的折中,不需要电场截止缓冲层也能达到同样耐压。SPT技术结合宽禁带半导体材料的理论,它突破了传统SPT技术的局限,是优化设计新一代IGBT耐压的普适理论。 第二,在SPT技术指导下,提出了几种新的工艺型SPT-IGBT。对目前的IGBT器件进行研究,基于新的SPT技术理论,选择了适合国内实际生产线的工艺设计,首次提出了新的高可靠性SPT-IGBT和低成本SPT-IGBT的设计,并由此建立了统一平台的工艺步骤。讨论了各自新型工艺型IGBT的优势。最后将这几种新型IGBT推广到试验中。 第三,对提出的两类新的SPT-IGBT器件进行了全方位的模拟和对比验证,同时结合了实际的工程经验,证明了其可靠性和实用性。


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