IGBT的设计与仿真(张斌)PPT课件

18.05.2020,.,1,IGBT的设计与仿真,学生:张斌指导教师:韩雁教授2009.1.14,18.05.2020,.,2,主要内容,1.研究内容简介2.设计指标3.研究设计方案4.工艺流程设计5.主要工艺指标6.器件仿真7.主要器件指标仿真结果8.结论及说明,18.05.2020,.,3,1.研究内容简介,IGBT的全称是InsulatedGateBipolarTransistor，即绝缘栅双极晶体管，它是适应了功率半导体器件的发展而产生的,是一种新型的电力电子器件。它具有输入阻抗高，通态压降低，速度快，热稳定性好，驱动电路简单，安全工作区宽，电流处理能力强等优点。三重扩散晶体管的制作方法是指晶体管的集电区、基区、发射区皆由扩散方法获得，便称为三重扩散。现也指使用高温长时间扩散工艺获得结深很深的PN结的过程。本课题从IGBT的工作原理出发，研究使用三重扩散技术进行高压IGBT生产的可行性,设计工艺流程，借助ISE-TCAD仿真工具进行IGBT器件结构和工艺研究。,18.05.2020,.,4,元胞结构,剖面结构,18.05.2020,.,5,2.设计指标,表1参数设计值与测试条件,18.05.2020,.,6,3.研究设计方案,本课题选用ISE-TCADDIOS进行工艺仿真，选择合适可行的工艺方案，确定正面VDMOS结构的各项工艺参数。把DIOS工艺仿真的器件结构及边界文件导入MDRAW，进行网格优化及器件背面结构的设计。利用解析掺杂分布来模拟背面的三重扩散结构，利用常数掺杂模拟背面注入，然后形成网格。把MDRAW定义的网格导入DESSIS进行器件电学特性的仿真。提取电学特性曲线来判断是否达到所需的结构。根据电学特性曲线，在DIOS和MDRAW中调整工艺参数和器件结构参数直到达到器件结构要求。最后，考虑到器件多项电性指标之间的折衷关系，对整体仿真进行优化，使总体指标达到最优化。,18.05.2020,.,7,4.工艺流程设计,18.05.2020,.,8,5.主要工艺指标,18.05.2020,.,9,表2主要工艺步骤与工艺条件列表：,18.05.2020,.,10,6.器件仿真,使用DIOS进行正面VDMOS结构模拟后，把器件结构导入MDRAW。其中三重扩散的掺杂分布使用MDRAW中的解析掺杂Gaussian函数进行模拟。使用高斯方程：其中扩散长度：,18.05.2020,.,11,根据北工大陆秀洪硕士论文的结果：（1）背面三重扩散的残留层厚度越薄、IGBT的功耗就越小；（2）表面掺杂浓度越低，IGBT的功耗就越小；（3）背扩散层的残留层厚度对于IGBT的功耗的影响比背扩散层的表面掺杂浓度要大的多。选取背面残留层厚度为20um，表面浓度1E16。使用高斯方程和扩散长度计算公式算得其扩散长度为：9.76um背面注入使用常数掺杂模拟其结深为：0.4um，浓度为1E17。,18.05.2020,.,12,7.主要器件指标仿真结果,使用DESSIS进行电性仿真后，使用INSPECT查看仿真后的电性曲线。阈值电压：3.20V,18.05.2020,.,13,正向击穿电压：约1450V,18.05.2020,.,14,工作电流计算单个元胞的工作电流约为2.5E-5A要达到工作电流10A，需要40000个元胞的阵列，也即200200，这样元胞阵列的面积为8mm*8mm。,18.05.2020,.,15,导通电阻计算：由于ISE-TCAD中的DESSIS只能仿真单个元胞，从单个元胞的斜率可以算出，其单个元胞的电阻为40000，则对于整个元胞阵列来说，其导通电阻约为1。,18.05.2020,.,16,8.结论及说明,从单个元胞的仿真来看