横向绝缘栅双极晶体管(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor:LIGBT)具有电压控制、低导通电阻和高输入阻抗等优点,且兼具纵向分立器件所没有的可集成性和与集成电路工艺兼容,是智能功率集成电路(Smart Power Integrated Circuit:SPIC)中典型的核心器件。近年来,随着SOI(Silicon On Insulator)基SPIC的快速发展,其高速、高集成度、高稳定性、抗辐照和良好的隔离性等优点,使得SOILIGBT越来越受到推崇和关注。虽然基于电导调制效应的双极载流子输运机制可使SOI-LIGBT具有低导通压降和大电流处理能力,但由于器件关断时漂移区中存储的大量非平衡载流子,导致SOI-LIGBT器件有着较长的关断拖尾现象,增加了器件的开关损耗,限制了SOI-LIGBT的开关频率和应用范围。横向功率器件在耐压和导通电阻之间的折衷关系进一步限制了SOI-LIGBT的发展。同时随SOILIGBT应用范围的不断扩展,诸多新的应用对SOI-LIGBT器件单元面积、工作效率以及可靠性等提出了更高的要求。因此针对SOI-LIGBT关断速度慢,安全工作区窄,温度特性差等问题的研究意义重大。本文以高速型SOI-LIGBT功率器件为主要研究对象,从高速型集电极短路结构的snapback、高速型槽型结构的耐压和开关特性等方面进行研究,提出考虑内建势影响的snapback解析模型,分析了槽型功率器件的耐压机理和槽型LIGBT的关断过程,提出了两种类型的器件结构并进行了相关实验研制。另外针对直流和逆变应用提出了具有隧道注入机制的逆导型SOI-LIGBT新结构,并对其进行了讨论。主要创新点概括为以下几个方面:1、提出集电极内建势调制snapback解析模型。该模型从集电极短路的pn结内建势出发,根据肖克莱方程,推导出消除snapback现象需要的电流密度下集电极区电阻产生的压降,得出其最小电阻值。同时利用内建势调制构造集电极短路通道,改善器件的导通特性和关断特性。基于该模型提出三维横向IGBT和二维横向IGBT的新结构,均无snapback现象。从理论上分析了两种新器件的工作机理、正向导通和关断特性,并对其关键结构参数进行了优化。三维横向IGBT器件获得了导通电流密度100 A/cm2下正向导通压降为1.12 V和400 ns的关断速度,相对于传统的无snapback现象的SA-LIGBT节省了30%的芯片面积,同时在在关断速度上提升了61%。二维横向IGBT器件在提升器件耐压基础上采用槽型集电极接触结构进一步减小了芯片面积,通过调节结构参数可以消除snapback现象,同时相对槽型LTIGBT在关断速度上提升了70%。对三维集电极短路LIGBT器件(BIC-LIGBT)进行了实验研究,在集电极位置采用半封闭的介质隔离槽,测试得到的器件正向导通特性中无snapback现象,实现了由LDMOS向LIGBT工作模式的平滑过渡。2、提出两种槽型器件新结构。基于槽型器件二维泊松方程的耐压数值解以及SOI-LIGBT关断过程的对比分析研究,在安全工作区、正向导通压降以及温度特性上对深槽p条型LIGBT和双栅槽型LTIGBT两种新结构进行了分析。(1)深槽p条型LIGBT结构。该结构最重要的特点是紧靠氧化介质槽的位置插入一个条形p型层。条形p型层的引入可以进一步提升耐压9.4%。在正向安全工作区上,深槽p条型LIGBT结构具有更大的边界,相对于槽型SOI-LIGBT结构提升了50%以上的SOA面积。同时在正向导通压降为1V时,该结构的关断损耗相对于槽型SOI-LIGBT结构和常规SOI-LIGBT分别提高了28.5%和81.2%。(2)双栅槽型LTIGBT新结构。该结构在槽型结构基础上引入了双栅结构,第二个栅在氧化介质槽中。该结构不仅能够降低器件的比导通电阻,还能改进器件工作时的温度特性。结果显示,在器件元胞尺寸为10.5?m,正向电流密度为700 A/cm2时,器件的比导通电阻为187 m??mm2,击穿电压为250 V。其正向导通压降相对于槽型LTIGBT和常规LTIGBT分别降低了18%和30.3%。3、提出一种具有隧道注入机制的逆导型LIGBT新结构。该结构利用隧穿结的反向特性使LIGBT具备逆导特性。反向导通中通过隧穿结的带间隧穿机制向漂移区注入载流子,实现反向导通功能。在仿真分析中,我们采用精确的非局域带间隧穿模型,该模型能够解决任意势垒形状下的隧穿,同时考虑杂质散射、表面缺陷以及非均匀电场的影响。结果表明,在反向电流密度为100 A/cm2情况下,该器件的反向开启电压为-1.4 V,反向导通压降为-1 V。随温度升高,正向导通容易出现的负阻微分区域逐渐消失。同时内置的反并联二极管在反向恢复特性上优于常规横向P-i-N二极管,其软度因子是常规横向P-i-N二极管的2倍。