高壓SiC IGBT埋島增強型新結構與模型研究

《高壓SiC IGBT埋島增強型新結構與模型研究》是依託電子科技大學,由張金平擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高壓SiC IGBT埋島增強型新結構與模型研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張金平

項目摘要

本項目針對制約SiC IGBT器件的基礎問題開展新結構與模型的創新研究：①提出高壓SiC IGBT埋島增強型(SiC BIE-IGBT)器件新結構，所提出的結構通過埋島引入的附加電荷的電場調製作用，禁止高濃度電流增強層（CEL）對器件擊穿特性的影響，在獲得高擊穿電壓的同時具有高的CEL濃度，從而增強器件漂移區內的電導調製並最佳化載流子濃度分布，降低器件的正嚮導通壓降並改善器件的關斷損耗特性，獲得高性能的SiC IGBT器件，同時埋島結構對JFET區電場的禁止作用可降低器件JFET區氧化層的電場，避免器件JFET區氧化層的擊穿以及高電場下電子向柵氧化層的注入，提高器件的可靠性；②提出SiC IGBT阻斷電壓模型，該模型包含埋島和CEL參數的影響，為SiC IGBT的設計提供理論指導。在此基礎上，開展新結構關鍵製備技術的研究。本項目是一項器件物理與方法的套用基礎研究，具有十分重要的意義。

結題摘要

SiC IGBT結合了SiC材料和IGBT器件的優點，是套用於固態變壓器、高壓脈衝電源、高壓逆變器、柔性交流/直流輸電系統、高壓直流輸電系統、靜止無功補償器等高壓大功率領域的理想功率開關器件之一。雖然SiC IGBT器件的研究取得了很大的進展，但是仍然不能滿足系統對器件性能的要求，其中首要的問題仍然是高阻斷電壓下大的正嚮導通壓降和關斷損耗，使SiC IGBT器件的功率能力和套用頻率受到了嚴重的限制，難以發揮其材料和器件的優勢，而究其根本原因則是高壓SiC IGBT器件長漂移區內較弱的電導調製效應，以及不夠最佳化的載流子濃度分布。 本項目針對制約SiC IGBT器件的基礎問題開展新結構與模型的創新研究，取得的成果包括：①開展了N型和P型SiC CEL-IGBT特性對比研究，通過系統的分析表明N型器件比P型器件具有更好的性能優勢和套用前景，是SiC IGBT研究的主攻方向；②針對傳統SiC CEL-IGBT結構的不足，提出SiC BICEL-IGBT器件新結構，並系統研究了BI結構作用的物理機制，深入分析了BI結構厚度、濃度等參數對器件穩態和瞬態特性的影響；③建立了SiC BICEL-IGBT器件新結構阻斷電壓解析模型；④開展了SiC MOS型器件關鍵製備技術的研究，製備了高壓SiC MOSFET器件樣品並完成了性能測試。 作為第三代寬禁帶半導體材料的典型代表，基於SiC材料的功率半導體器件廣泛套用於大功率、高溫、高頻和抗輻照等領域。本項目作為一項SiC器件的套用基礎研究，符合當前節能減排、綠色地球的新能源發展戰略。本項目從器件物理的層面入手研究SiC IGBT器件的基礎問題，揭示其機理，為該類器件的發展提供理論和技術基礎，具有十分重要的科學價值和現實意義。