智能功率驱动芯片用SOI-FRD反向恢复特性的研究与优化

摘要

近些年来，智能功率驱动芯片因为自身高效率和高可靠性的优点得到越来越多的关注。在智能功率驱动芯片中，快恢复二极管(FRD)主要作为横向绝缘栅双极型晶体管(LIGBT)的续流二极管使用，快恢复二极管的特性特别是其反向恢复特性对整个智能功率驱动芯片的功耗和可靠性有着重要的影响。目前国内对快恢复二极管的研究多针对于纵向结构的耐压特性，对SOI-FRD结构及其反向恢复特性关注较少。因此，迫切需要对SOI-FRD的反向恢复特性进行优化，这对我国自主研发智能功率驱动芯片具有重要意义。
　　本文首先调研了国内外FRD的研究现状以及常用技术，详细分析了FRD的反向恢复特性对功率开关管LIGBT以及智能功率驱动芯片的影响。然后从理论和仿真两个方面探宄影响FRD反向恢复特性的因素，并通过建立二极管反向恢复解析模型，本文提出了一种新型PT-IDDOT快恢复二极管结构。新结构一方面通过在器件漂移区中制备两个非对称深沟槽以提高器件耐压，从而缩短漂移区长度，有效降低了器件的反向恢复时间，提高了器件的开关速度。另一方面，在反向恢复过程中，两个深沟槽之间的间隙会捕获少数载流子，同时深沟槽之间的Ptop层会电离出少数载流子，保证有足够的少数载流子维持器件的反向恢复过程，提高了器件的反向恢复软度。
　　利用功率半导体器件仿真软件Sentaurus TCAD对PT-IDDOT快恢复二极管的特性进行仿真，仿真结果显示PT-IDDOT快恢复二极管的反向恢复时间为69ns，与传统结构相比降低了37.5％。在0.5μm的SOI工艺平台上进行流片，流片测试结果表明PT-IDDOT结构的反向恢复时间为150ns，与同类产品相比降低了约25％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 智能功率驱动芯片概述

1．1．1 智能功率驱动芯片的发展

1．1．2 智能功率驱动芯片的基本结构与应用

1．1．3 智能功率驱动芯片的优势

1．2 SOI-FRD在智能功率驱动芯片中的重要性

1．2．1 SOI-FRD在智能功率驱动芯片中的作用

1．2．2 SOI-FRD的反向恢复特性对智能功率驱动芯片的影响

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 研究内容与设计指标

1．4．1 研究内容

1．4．2 设计指标

1．4．3 本文写作基础与论文组织结构

第二章 SOI-FRD器件工作原理

2．1 SOI-FRD器件的耐压原理

2．1．1 SOI-FRD器件的纵向耐压

2．1．2 SOI-FRD器件的横向耐压

2．2 SOI-FRD器件的正向导通原理

2．3 SOI-FRD器件反向恢复原理

2．4 本章小结

第三章 SOI-FRD器件反向恢复特性的研究

3．1 影响SOI-FRD器件的反向恢复特性的因素

3．1．1 正向导通电流密度的影响

3．1．2 漂移区宽度的影响

3．1．3 载流子注入效率的影响

3．1．4 载流子寿命的影响

3．2 SOI-FRD器件常用技术与优缺点

3．2．1 载流子寿命控制技术

3．2．2 肖特基接触

3．2．3 陷阱埋氧层结构

3．3 SOI-FRD器件反向恢复解析模型

3．3．1 PIN二极管反向恢复建模

3．3．2 SOI-FRD器件设计理论

3．4 本章小结

第四章 PT-IDDOT快恢复二极管的设计与仿真分析

4．1 PT-IDDOT结构

4．2 PT-IDDOT结构的耐压设计

4．3 PT-IDDOT结构的正向导通压降设计

4．4 PT-IDDOT结构的反向恢复时间设计

4．5 PT-IDDOT结构的反向恢复软度设计

4．6 本章小结

第五章 PT-IDDOT快恢复二极管的流片及测试

5．1 PT-IDDOT结构的工艺流程设计

5．2 PT-IDDOT结构的测试结果

5．2．1 PT-IDDOT结构的耐压测试结果

5．2．2 PT-IDDOT结构的正向导通压降测试结果

5．2．3 PT-IDDOT结构的反向恢复测试结果

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的成果和发表的论文