【摘 要】
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绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）具有低导通压降、高载流子密度、高输入阻抗和宽安全工作区等优点,常应用于大功率电路系统中。超结型绝缘栅双极型晶体管（Super-Junction Insulated Gate Bipolar Transistor,SJ-IGBT）的提出,进一步改善了IGBT器件导通压降与关断损耗的矛盾关系,是未来IGB
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绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）具有低导通压降、高载流子密度、高输入阻抗和宽安全工作区等优点,常应用于大功率电路系统中。超结型绝缘栅双极型晶体管（Super-Junction Insulated Gate Bipolar Transistor,SJ-IGBT）的提出,进一步改善了IGBT器件导通压降与关断损耗的矛盾关系,是未来IGBT发展的重要方向之一。本文结合IGBT与超结理论,旨在对超结IGBT器件进行分析优化,设计出一款高性能的1200V超结IGBT器件。本文首先对超结IGBT器件的结构与工作原理进行了详细分析,并基于计算机软件构建了器件仿真平台,结合理论分析与仿真验证,总结了器件结构与工艺参数对超结IGBT静、动态特性的影响。其次,基于超结IGBT器件的导通压降与耐压、关断损耗之间的折衷关系以及工艺波动性等多个因素,对器件结构进行了详细设计,提出了具有载流子存储层的超结IGBT、集电极双扩散的超结IGBT以及具有浮空发射极的超结IGBT等三种新型器件结构。这些新器件在满足耐压、阈值等基本静态参数的基础上,大大降低了器件的开关损耗,同时雪崩及短路鲁棒性也得到一定改善。最后,对三种新型结构进行了综合对比分析,确定具有浮空发射极的超结IGBT器件是相对最优的结构。仿真结果显示,具有浮空发射极的超结IGBT器件击穿电压为1430V,阈值电压为5.0V,在电流密度100A/cm2下的导通压降为1.48V;在600V负载电压下器件的关断损耗为1.68 m J/cm2,雪崩耐量为550m J;在短路电压800V时,器件的短路承受时间为31μs,各项性能参数均达到设计指标要求。
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