基于SOI基的LIGBT的新结构及特性教程分析.pptVIP

IGBT新结构及特性 2140320093 许峰 SOI LIGBT  栅极上足够大的正偏压+阳极施加一定的正偏压→来自N+阴极区的电子流经过N型沟道区进入N漂移区→到达Jl结的边界后累积→降低了Jl结N基区一侧的电势→当Jl结两端的电压大于PN结的开启电压→P+阳极区向N漂移区注入空穴→此时横向PNP晶体管处于导通状态→S0I LIGBT开始导通。 注入到N基区的空穴在电场的作用下向阴极区漂移扩散，其中一部分在N基区与来自MOS沟道区的电子复合，另一部分通过J2结流入P Well，最后通过P Well欧姆接触区从阴极电极流出。 由于J1结正偏，注入到N漂移区的空穴浓度远超过漂移的掺杂浓度,根据电中性原理,注入的大量空穴将吸引N_漂移区中等量的电子,即N1漂移区发生了电导调制效应,使得电流密度提高n-漂移区的导通电阻大大降低,从而降低了具有髙耐压性能的SOILIGBT器件的通态压降,降低了器件的通态功耗,从根本上解决了 LDMOS器件耐压与导通电阻之间的矛盾。 功耗理论 功率半导体器件大多数工作于开关状态，在开、关过程和导通、关断状态都有功耗产生。IGBT 器件的功率损耗包括静态功耗和动态功耗。 静态功耗指的是IGBT 处于静态下发生的功耗，包括通态功耗和关态功耗， 动态功耗由开通功耗和关断功耗组成。 IGBT 为电压型驱动器件，在关断状态时电流几乎为零，故关态功耗为零。所以IGBT的总功耗P是由通态功耗Pf 和开关（开和关瞬时）功耗Ps 组成的。 功率半导体器件大多数工作于开关形式，在开、关过程和导通工作过程都有功率损耗。IGBT器件的总功耗P，是由开和关瞬时功耗只和通态功耗组成的。 开通与关断功耗不相同．关断时问比开通时间长，关断损耗明显大于开通损耗 权衡电导损耗以及开关损耗的方法: 1、制作在SOI衬底上或者PSOI（局部SOI） 2、多通道（或多发射极）LIGBT。 3、超结LIGBT； 4、TB结构 SOI 采用埋氧层将顶层硅与下面的硅衬底隔离开,器件制作在顶层硅上,这样使得器件与器件之间不能通过衬底进行耦合,极大的改善了器件性能,是21世纪新一代的硅基材料。 速度高、功耗低：良好的介质隔离使器件的漏电流显著减小,从而进一步减小了器件的静态功耗。由于器件的动态功耗由输出电容,工作电压和频率共同决定,而SOI器件寄生电容主要来自隐埋二氧化桂层电容,远小于体硅器件中的电容,因此可以有效地减小动态功耗,提高器件的工作速度。 集成密度高:SOI集成电路采用全介质隔离 抗闩锁能力强:由采用SOI结构的电路中不存在寄生晶闸管结构,具有很强的抗闩锁能力。 抗福照特性好:相比同样性能的体娃器件,SOI器件抗福照能力较强由于其所占的桂岛面积较小,在同样的福射剂量下,可有效地减小所产生的少数载流子浓度。 基于SOI材料的LIGBT (Lateral Insulator Gate BipolarTransistor)具有绝缘性能好、寄生电容小、较低的泄漏电流及集成度高等优点并且其制作工艺与SOI-CMOS工艺相兼容 双发射极的超结IGBT（DESJ-IGBT） 双发射极特性改善分析 关断状态时：N柱和P柱耗尽，它们有相同的屏蔽能力因为它们有相同漂移长度Ld；导通状态时，Ihp和Ihn分别为p柱区和n柱区的空穴电流，因此得到总电流为： （M是p-n柱区的宽度比，由此我们可以看到在p-body区的n+下方总电流包含全部的Ihn和以及Ihp的一部分。） 若该地区压降大于0.7V,J将会产生闩锁效应。 （N表示N+区域下方电流Ihp的部分比例系数。Rbase-con是基区中N+区域下的等效电阻） 得到闩锁电流为： （Ie-con是超结IGBT的电子电流） 在双发射极IGBT（DESJ-IGBT）中，只有Ihn对闩锁效应有影响，因此得到 SJ TB-LIGBT 在设计的器件中有一个绝缘沟屏障在靠近阴极的漂移区，电子在P-body下方注入N漂移区由MOS沟道注入分布在n漂移区，,空穴流到p+的密度靠近阴极空穴聚集增加的。因为从mos注入的电子，电导调制效应通态电阻减小。 这样就可以减少电阻从而降低电导损耗当开关损耗增加。对于SJ LIGBT，大多数空穴流到p-pillar（柱）当n/p基区掺杂足够高的时候。对于TB隔离了整个P-pillar和p-body区域。提高了空穴的阻挡以及载流子的存储从而以减小电导损耗 通态损耗（1） 通态损耗（2） 开关损耗 击穿电压（BV） TB在电场分布上有两个影响： 1、轻微的减小漂移区