IGBT的設(shè)計與仿真(張斌)PPT課件

18.05.2020,.,1,IGBT的設(shè)計與仿真,學(xué)生:張斌指導(dǎo)教師:韓雁教授2009.1.14,18.05.2020,.,2,主要內(nèi)容,1.研究內(nèi)容簡介2.設(shè)計指標(biāo)3.研究設(shè)計方案4.工藝流程設(shè)計5.主要工藝指標(biāo)6.器件仿真7.主要器件指標(biāo)仿真結(jié)果8.結(jié)論及說明,18.05.2020,.,3,1.研究內(nèi)容簡介,IGBT的全稱是InsulatedGateBipolarTransistor，即絕緣柵雙極晶體管，它是適應(yīng)了功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展而產(chǎn)生的,是一種新型的電力電子器件。它具有輸入阻抗高，通態(tài)壓降低，速度快，熱穩(wěn)定性好，驅(qū)動電路簡單，安全工作區(qū)寬，電流處理能力強(qiáng)等優(yōu)點。三重擴(kuò)散晶體管的制作方法是指晶體管的集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)皆由擴(kuò)散方法獲得，便稱為三重擴(kuò)散?，F(xiàn)也指使用高溫長時間擴(kuò)散工藝獲得結(jié)深很深的PN結(jié)的過程。本課題從IGBT的工作原理出發(fā)，研究使用三重擴(kuò)散技術(shù)進(jìn)行高壓IGBT生產(chǎn)的可行性,設(shè)計工藝流程，借助ISE-TCAD仿真工具進(jìn)行IGBT器件結(jié)構(gòu)和工藝研究。,18.05.2020,.,4,元胞結(jié)構(gòu),剖面結(jié)構(gòu),18.05.2020,.,5,2.設(shè)計指標(biāo),表1參數(shù)設(shè)計值與測試條件,18.05.2020,.,6,3.研究設(shè)計方案,本課題選用ISE-TCADDIOS進(jìn)行工藝仿真，選擇合適可行的工藝方案，確定正面VDMOS結(jié)構(gòu)的各項工藝參數(shù)。把DIOS工藝仿真的器件結(jié)構(gòu)及邊界文件導(dǎo)入MDRAW，進(jìn)行網(wǎng)格優(yōu)化及器件背面結(jié)構(gòu)的設(shè)計。利用解析摻雜分布來模擬背面的三重擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，利用常數(shù)摻雜模擬背面注入，然后形成網(wǎng)格。把MDRAW定義的網(wǎng)格導(dǎo)入DESSIS進(jìn)行器件電學(xué)特性的仿真。提取電學(xué)特性曲線來判斷是否達(dá)到所需的結(jié)構(gòu)。根據(jù)電學(xué)特性曲線，在DIOS和MDRAW中調(diào)整工藝參數(shù)和器件結(jié)構(gòu)參數(shù)直到達(dá)到器件結(jié)構(gòu)要求。最后，考慮到器件多項電性指標(biāo)之間的折衷關(guān)系，對整體仿真進(jìn)行優(yōu)化，使總體指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)化。,18.05.2020,.,7,4.工藝流程設(shè)計,18.05.2020,.,8,5.主要工藝指標(biāo),18.05.2020,.,9,表2主要工藝步驟與工藝條件列表：,18.05.2020,.,10,6.器件仿真,使用DIOS進(jìn)行正面VDMOS結(jié)構(gòu)模擬后，把器件結(jié)構(gòu)導(dǎo)入MDRAW。其中三重擴(kuò)散的摻雜分布使用MDRAW中的解析摻雜Gaussian函數(shù)進(jìn)行模擬。使用高斯方程：其中擴(kuò)散長度：,18.05.2020,.,11,根據(jù)北工大陸秀洪碩士論文的結(jié)果：（1）背面三重擴(kuò)散的殘留層厚度越薄、IGBT的功耗就越小；（2）表面摻雜濃度越低，IGBT的功耗就越??；（3）背擴(kuò)散層的殘留層厚度對于IGBT的功耗的影響比背擴(kuò)散層的表面摻雜濃度要大的多。選取背面殘留層厚度為20um，表面濃度1E16。使用高斯方程和擴(kuò)散長度計算公式算得其擴(kuò)散長度為：9.76um背面注入使用常數(shù)摻雜模擬其結(jié)深為：0.4um，濃度為1E17。,18.05.2020,.,12,7.主要器件指標(biāo)仿真結(jié)果,使用DESSIS進(jìn)行電性仿真后，使用INSPECT查看仿真后的電性曲線。閾值電壓：3.20V,18.05.2020,.,13,正向擊穿電壓：約1450V,18.05.2020,.,14,工作電流計算單個元胞的工作電流約為2.5E-5A要達(dá)到工作電流10A，需要40000個元胞的陣列，也即200200，這樣元胞陣列的面積為8mm*8mm。,18.05.2020,.,15,導(dǎo)通電阻計算：由于ISE-TCAD中的DESSIS只能仿真單個元胞，從單個元胞的斜率可以算出，其單個元胞的電阻為40000，則對于整個元胞陣列來說，其導(dǎo)通電阻約為1。,18.05.2020,.,16,8.結(jié)論及說明,從單個元胞的仿真來看