IGBT结构设计与仿真

IGBT目前应用于很多领域,逐渐取代双极性晶体管BJT,MOSFET功率器件的许多应用领域。首次展现利用势垒调制结构作为电子抽出开关的新型高速横向BM—IGBT器件,和IGBT相比,它耐压特性更好,关断时间更短,主要讨论对于不同N-场阻区浓度和宽度和氧化层长度的BM—IGBT去穿电压。比较在不同参数下BM～1GBT的最大耐压,从而得到大于600V的耐压特性时的主要参数。

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一【科产研】疆高技品发

I 构设计与仿真 BT结 G 付彬彬 (电子科技大学微电子与固体电子学院四川成都 6 0 5 ) 104

摘

要：IB G T目前应用于很多领域，逐渐取代双极性晶￣ qB T,MOS E￣率器件的许多应用领域。首次展现利用势垒调制结构作为 'J F TJ J

电子抽出开关的新型高速横向BM一 G 1 BT器件，和I BT比，它耐压特性更好，关断时间更短，主要讨论对于不同N一阻区浓度和宽度和氧 G相场

化层长度的B I B - M— G T￣穿电压。比较在不同参数下B 1 B￣最大耐压，从而得到大于6 0的耐压特性时的主要参数。 4 M~ G T 0v 关键词： I T;B I GB M- GBT;击穿电压中图分类号：T 3 2文献标识码：A文章编号：1 7—7 9 ( 0 5 0 7—0 N2 6 1 5 7 2 1 )0 1 0 2 2 2

0引言 电导调制型新型功率器件，其代表器件为绝缘栅双极型晶体管 ( n u a e a e B p l r T a S t 1 I B ),是现 I s l t d G t i o a r n i O" G T S,

代电力电子电路中的主流器件之一。I B是一种发展很快的混 GT合型电力电子器件，它既有M S E的输入阻抗高、控制功率 O FT小、驱动电路简单、开关速度高、开关损耗小的优点，又同时具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点，因而是电力电子领域理想的开关器件。但是 I B也有不足的地方，高压 I B内阻大、导通损耗大，需要附 GT GT加保护电路，因为 I B的过压、过热、抗冲击、抗干扰等承受 GT力很弱。现在 I B主要应用于低噪音电源、逆变器、不间断电 GT 源US P以及电动机变频调速等领域。

互矛盾的两个因素。外延层的掺杂浓度和厚度不仅仅决定了器件的击穿电压，同时也会影响到器件的导通电阻。厚并且掺杂浓度较低的外延层会使器件的耐压高一些；而导通电阻低的话，就需要外延层薄而且掺杂浓度高。因此，要选择合适的外延层参数，以便在满足一定击穿电压的前提下，得到较小的导

通电阻。

2 1 n和P区不同掺杂浓度下B G T -V .柱 柱 M-I B的B特性 从图 2图 3可以看出，掺杂浓度为 l 1和 1 1的 BI和中 e 5 e4￣—

I B的纵向掺杂浓度分布和横向掺杂浓度分布差异并不明显。 GT ×am 1￥ p e uPer verti ca1一 IG Gri and I ti S0l BT d ni aI ut

1基于Su e u c i n构的I T p r n to结 J GB设计 对于 P结而言，在正偏时，空穴从P注入，电子从N N向N到 P出现背注入，由于电子势垒的存在，电子背注入很小。对于

N N构而言，存在两个 P结。在 I B所处工作条件下，如果 P结 N GT N N区未耗尽，该结构类似与正偏的P结。但N N区全耗 P的P N P的P尽，则为穿通结构。此时对于电子而言没有阻挡其渡越的势垒。势垒调制背注入原理正是利用上述的现象。对于具体的 I B器件，是在其阳极处部分地引入一个N N构。该结构在 GT P结器件正向导通时该结构的P不发生全耗尽，此时阳极的空穴注区入不受影响，同时电子背注入很小。在关断的过程中，耗尽区展宽到该结构的P并全耗尽，此时I B器件基区的非平衡电子区 GT可以渡越耗尽的P到达阳极，起到非平衡电子抽出的效果。区 对于器件的结构，可以具体参考附录的器件结构程序。新 旧结构如下图所示。

( )掺杂浓度为 1 I的B— G T向掺杂浓度分布 a e 5 M IB纵 x amp1窟 super verti al— IG C d日nd ni So1 G BT ri I ti a1 u匕

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( )常规 I B的结构 a GT 图1

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2影响B I T M— GB器件的B— V特性的关键因素 在器件设计中，我们需要同时考虑使击穿电压尽量高以及导通电阻尽量低，但是两个要求对于器件的外延层而言，是相

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