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IGBT横向结构参数对特性影响的研究

作　者: 姜秀丽
导　师: 关艳霞
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: IGBT 通态压降栅极宽度优化
分类号: TN322.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)是绝缘栅双极型晶体管的简称。因为输入阻抗高、损耗低、开关速度快、通态压降低,通态电流大等优点成为现今功率器件发展的主流产品,广泛应用于各个领域。我国市场对IGBT的需求庞大,虽然国内现有几条生产线投产,但还不能自主大规模生产IGBT芯片,大部分需要进口,这是我国目前电力电子技术发展的一个关键薄弱点,IGBT的研制对我国今后的各项发展有十分重要的影响。本文以最小的通态压降为参考指标对栅极宽度进行优化,为IGBT的元胞优化提供借鉴。本文总结了历代IGBT的结构性能特点,介绍了IGBT基本结构的工作原理。本次设计仿真主要利用silvaco软件中的ATLAS器件仿真器进行,以击穿电压为设计标准生成器件结构,对不同结构、不同电压等级的IGBT的I-V特性进行了仿真。在此基础上,采用MOSFET-PIN模型对IGBT的通态特性进行分析,PT型和NPT型两种不同结构器件的输出特性的差异表明PT结构的IGBT通态压降较小,所提取的电流密度分布与MOSFET-PIN模型分析结果相一致。按电流路径分析通态压降,并在同一电流密度下提取了不同栅极宽度下IGBT的通态压降,得到了通态压降随栅极宽度变化的曲线,该仿真结果与理论分析一致,重点论述了栅极宽度改变使通态压降发生变化的原因。考察不同元胞布局下的闩锁能力差异,发现采用线性元胞布局时,有很高地闩锁电流,因此对线性元胞布局的600V和1200V的器件栅极宽度进行优化,结果表明当通态压降取得最小值时,栅极宽度的最优值都为12μm。因此得出结论,对于相同的元胞尺寸,栅极宽度存在最优值,只要合理的选取可以有效地降低通态压降;而且相同的IGBT元胞布局适合所有平面栅结构,即使额定电压已经发生改变。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-17
  1.1 选题背景及意义  10-12
    1.1.1 选题的背景  10-11
    1.1.2 课题研究的意义  11-12
  1.2 IGBT的发展状况  12-15
    1.2.1 IGBT的发展背景  12
    1.2.2 应用及市场需求情况  12-13
    1.2.3 发展历程及发展趋势  13-15
  1.3 国内主要研究现状  15-17
第二章 IGBT简述  17-22
  2.1 早期IGBT的结构及作原理  17-20
    2.1.1 IGBT基本器件结构  17-18
    2.1.2 IGBT的工作原理分析  18-20
  2.2 IGBT工作中出现的问题及解决方法  20-22
第三章仿真工具及仿真模型  22-28
  3.1 半导体器件仿真简述  22-25
    3.1.1 半导体器件仿真的历史发展  22-23
    3.1.2 Silvaco仿真软件介绍  23-25
  3.2 仿真分析模型的建立  25-26
  3.3 仿真参数的选取  26-28
第四章 IGBT通态特性的分析  28-39
  4.1 器件结构的生成  28-30
  4.2 通态特性的仿真  30-35
    4.2.1 PT型IGBT通态特性的仿真  30-33
    4.2.2 NPT型IGBT通态特性的仿真  33-35
  4.3 通态电流分布的仿真  35-37
  4.4 通态压降的研究  37-39
第五章门极宽度的优化  39-47
  5.1 改变IGBT门极宽度对通态压降的影响  39-40
  5.2 门极宽度影响通态压降的机理分析  40-41
  5.3 分析不同元胞布局的闩锁电流  41-45
  5.4 元胞的优化  45-47
第六章总结  47-48
参考文献  48-50
在学研究成果  50-51
致谢  51

IGBT横向结构参数对特性影响的研究

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