IGBT的辐照效应仿真分析与加固研究

摘要

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)以其优良的频率特性和控制能力成为电力电子技术领域广泛关注的对象。其具有的MOS栅和双极型晶体管混合结构使得其具有了更好的导通压降、开关频率折中特性，更低的器件损耗和更好的安全工作区（SOA）使得IGBT成功具有了良好的控制能力和导通电导调制的综合优点。然而，功率器件普遍存在抗辐照性能较差的情况，严重影响到该类器件在辐照环境中的应用。本文针对性的研究了IGBT及其部分衍生结构的抗辐照特性，涉及的辐照损伤机理包含单粒子和总剂量效应。
　　首先，本文介绍了辐照的基本原理和 IGBT几种基本结构，针对辐照可能对IGBT电学特性的影响做了说明，并阐述了总剂量效应和单粒子效应的TCAD仿真方法。
　　其次，本文用线性能量转移值LET（Linear Energy Transfer）来模拟单粒子入射对器件的作用，将对应的参数导入 TCAD中进行单粒子辐照仿真，分析了阻断态下单粒子入射的情形，研究了单粒子入射后电子空穴对的产生和再分布过程，并基于此比较了NPT-IGBT、PT-IGBT、Trench-IGBT抗单粒子辐照的能力，随后通过仿真探究了局部降低载流子寿命（LCLCR：Low Carrier Lifetime Control Region）对于IGBT元胞抗单粒子效应的影响，并基于上述研究分析了可能的抗单粒子辐照加固方案，将总剂量效应对器件的影响转化为量化的对氧化层和界面态的影响，并将相关参数应用于TCAD仿真软件中。
　　最后，设计了一种耐压为1200V的 NPT-IGBT器件，对其阻断、静态、动态特性其进行了仿真优化，随后研究了该元胞和结终端结构的抗辐照特性，并完成了工艺和版图的设计及器件初步测试。

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第一章 绪 论

1.1选题背景和研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要内容和结构

第二章 IGBT器件结构和核辐射基本理论

2.1 IGBT器件基本类型与原理简介

2.2辐射环境和损伤机制

2.3电离辐射对器件作用

2.4辐射参数的量化与其在TCAD软件中的模拟方式

2.5本章小结

第三章 IGBT辐射效应研究

3.1 IGBT的单粒子效应研究

3.2 IGBT 结终端总剂量效应研究

3.3本章小结

第四章 高压IGBT器件设计

4.1 IGBT元胞设计

4.2高耐压终端设计

4.3工艺与版图

4.4初步测试结果

4.5本章小结

第五章 结论与展望

5.1本文工作总结

5.2工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果