《高速高壓IGBT瞬態抽出模型與新結構》是依託電子科技大學,由張波擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高速高壓IGBT瞬態抽出模型與新結構
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張波
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
首次提出高速高壓IGBT瞬態抽出模型與新結構。基於非平衡載流子的雙極輸運理論，解析分析關斷瞬間非平衡載流子的動態回響；引入抽出因子，定量描述抽出效率與關斷時間的解析關係。在此模型指導下，提出了雙通道電子抽出高速高壓新型橫向LIGBT。該器件在正嚮導通時能有效抑制NDR現象，保持工作時的大導通能力；與常規LIGBT相比，關斷速度提高50%-80%，解決了當前LIGBT器件關斷速度慢的關鍵問題。該模型的建立及新結構器件的實驗研製對發展高速高壓可集成LIGBT有重要的指導作用。本項目是一項前沿性、套用基礎性研究,對功率半導體器件及理論的發展具有重要意義。
結題摘要
IGBT具有驅動功耗低、導通能力強、熱穩定性好、耐壓特性高和安全工作區大等優點，是新型功率器件的典型代表器件。橫向結構IGBT與普通的縱向結構相比更適合當前半導體的平面製造工藝、更易於集成在矽基或者SOI基的功率積體電路中，可以廣泛套用於各種電力電子系統。電導調製效應使IGBT器件具有較低正向壓降的同時，漂移區非平衡電子空穴對的存儲也使其關斷速度明顯減慢，限制了套用頻率並增加了開關損耗，這成為IGBT器件進一步套用的主要障礙。本項目以SOI基橫向IGBT器件（SOI LIGBT）為具體研究對象，採用電勢控制解析分析、數值仿真和實驗驗證三者相結合的方法，首次提出高速高壓IGBT瞬態抽出模型與新結構。本項目提出的新結構器件大大改善了器件導通壓降與關斷時間之間的約束關係，為當前LIGBT器件關斷速度慢的關鍵問題提供了解決方法，對發展高速高壓可集成LIGBT有重要的指導作用。本項目全面完成了預期研究目標，研究成果包括：1.提出高速LIGBT電勢控制（PA）理論並建立高速高壓LIGBT瞬態抽出模型。基於非平衡載流子的雙極輸運理論，解析分析關斷瞬間非平衡載流子的動態回響，引入抽出因子，定量描述抽出效率與關斷時間的解析關係。2.提出雙通道電子抽出高速高壓新型LIGBT器件，包括雙通道三維PA區陽極高速LIGBT器件和複合PA區陽極高速LIGBT器件。新結構器件在正嚮導通時能有效抑制snapback現象，同時加快了LIGBT的關斷速度，關斷速度相比常規結構提高50%~80%。3.實驗研製雙通道電子抽出高速高壓新型LIGBT器件。在1.5µm頂層矽厚度、3µm埋氧層厚度的SOI材料上實現了新結構器件的研製，包括數值模擬、工藝設計、版圖設計、實驗流片及測試，驗證了提出的瞬態抽出模型的正確性和新結構器件的可行性。在本項目的支持下，已申請中國發明專利16項，獲授權中國發明專利1項；在IEEE Electron Device Letters等發表論文18篇，其中SCI收錄論文9篇。
