新型SiC溝槽IGBT的模擬研究.pdf

1、碳化硅（SiC）是一種具有寬的禁帶、高擊穿電壓、高熱導(dǎo)率、高電子飽和速率以及高抗輻照的半導(dǎo)體材料，近年來由于它的優(yōu)良特性而受到越來越多的關(guān)注。SiC功率器件因?yàn)楹艽蟪潭鹊慕档土穗娮釉O(shè)備的功耗而被稱為“綠色能源”器件，推動(dòng)了“新能源革命”的發(fā)展。其在高性能雷達(dá)、現(xiàn)代軍事電子通訊系統(tǒng)、宇航系統(tǒng)、電磁武器推進(jìn)系統(tǒng)以及電力電子設(shè)備、太陽能發(fā)電、高鐵牽引設(shè)備、混合動(dòng)力等國防和民用領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。SiC絕緣柵雙極晶體管（IGBT）是一種MO

2、S電壓控制和雙極晶體管相結(jié)合的復(fù)合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗、控制功率小、易于驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，也具有雙極晶體管的大電流密度、低飽和壓降的特點(diǎn)?；谶@些優(yōu)點(diǎn)將SiC IGBT器件主要應(yīng)用于軌道交通、光伏和風(fēng)能綠色能源、智能電網(wǎng)、移動(dòng)通信等領(lǐng)域。
　　本文使用Sentaurus TCAD模擬仿真軟件主要對(duì)SiC溝槽IGBT漂移區(qū)的電子分布、正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗以及兩者的折中關(guān)系進(jìn)行了研究分析，取得的成果如下：
　　1、對(duì)4

3、H-SiC溝槽IGBT器件基本特性進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果表明溝槽IGBT相比平面IGBT正向?qū)▔航敌×艘槐?，這是由于在溝槽IGBT中消除了JFET電阻以及漂移區(qū)中高的電子積累區(qū)導(dǎo)致了較強(qiáng)的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。但同時(shí)溝槽IGBT的關(guān)斷時(shí)間相比平面IGBT增大了約10％。
　　2、研究了4H-SiC溝槽IGBT發(fā)射極寬度和溝槽深度對(duì)該器件正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的影響。研究發(fā)現(xiàn)，無論發(fā)射極寬度還是溝槽深度的變化對(duì)漂移區(qū)中電子分布、正向?qū)▔?/p>

4、降和關(guān)斷損耗以及兩者的折中關(guān)系都有影響。發(fā)射極寬度的變化對(duì)正向?qū)▔航档挠绊懜?，而溝槽深度的變化?duì)關(guān)斷損耗的影響較大。在發(fā)射極寬度和溝槽深度比值相同的條件下，當(dāng)發(fā)射極寬度越窄，溝槽越深得到的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的折中更好。在發(fā)射極寬度和溝槽深度比值不相同的條件下，當(dāng)發(fā)射極寬度越寬，溝槽越淺得到的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的折中更好?？傊?，不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)都會(huì)使溝槽IGBT漂移區(qū)中的載流子濃度發(fā)生變化，從而影響正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗及兩者的

5、折中關(guān)系的變化。漂移區(qū)中載流子濃度的變化對(duì)正向?qū)▔航档挠绊戄^大，這不失為以后研究正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗折中關(guān)系提供了方向。
　　3、提出一種結(jié)合溝槽和平面的新結(jié)構(gòu)4H-SiC平面溝槽IGBT，并在基本結(jié)構(gòu)參數(shù)相同時(shí)對(duì)溝槽IGBT、平面溝槽IGBT和平面IGBT的漂移區(qū)中的電子濃度、正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗以及兩者的折中關(guān)系進(jìn)行研究。結(jié)果表明，三種結(jié)構(gòu)在具有相同摻雜的情況下，平面溝槽IGBT的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗都處于兩者之間。相