一种高可靠性的1200V IGBT的设计

摘要

新型功率器件——绝缘栅双极型晶体管（IGBT）广泛应用于智能电网、电动汽车、高速铁路、家电产品和工业控制等领域，目前全球市场的IGBT都被国外公司（infineon、farchild、IR、Fuji等）垄断，国内的IGBT处于技术落后，特别是可靠性差的状态。如何提升IGBT的可靠性，制造具有自主知识产权的IGBT产品，推向市场，是迫在眉睫的任务。
　　本论文是基于和国内某知名半导体代工企业的合作项目，主要目的是研发一款具有高可靠性的1200V IGBT，藉此希望能推动IGBT的国产化。
　　1、进行1200V IGBT的设计。包括工艺流程设计、器件结构设计（元胞和终端）、版图设计和可靠性设计等工作。由于工艺设计、器件结构设计、版图设计和可靠性设计是相互关联的，设计时要综合考虑。因此，首先建立了元胞和终端的工艺，然后结合仿真工具对工艺和器件结构进行设计，在考虑可靠性的同时反向对工艺流程进行再次设计，其后进行器件的优化设计和仿真，最终确定工艺和器件结构参数，并绘制版图。其中，设计时需要分析的参数包括元胞大小、终端选取、注入剂量等等。
　　2、对上述设计的1200V IGBT进行两次流片测试，最终测试参数如下：器件耐压约1400V，阈值电压5V，正向压降1.94V，开关时间td(on):56ns、trise:157ns、td(off):385ns、tfall:101ns，满足预设指标要求。同时通过HTRB考核，短路时间为12μs，大于一般产品datasheet标称值10μs。
　　3、提出几种新器件结构，对于提升IGBT器件的可靠性具有一定的意义。

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第一章 引 言

1.1课题研究背景

1.2课题研究意义

1.3本文主要工作

第二章 IGBT基本理论

2.1 IGBT模型分析

2.2 IGBT的工作原理

2.3 IGBT的特性

2.4 IGBT的驱动与保护

2.5 IGBT的失效

2.6本章小结

第三章 IGBT的设计

3.1工艺流程设计

3.2器件结构设计

3.3可靠性设计

3.4版图设计

3.5工艺参数优化设计

3.6本章小结

第四章 两次流片测试与结果分析

4.1静态参数测试

4.2可靠性测试

4.3动态参数测试

4.4本章小结

第五章 提高IGBT可靠性的新结构

5.1具有体电极的沟槽栅型IGBT

5.2具有载流子存储层和额外空穴通路的IGBT

5.3深槽侧氧调制的平面型IGBT

第六章 结 论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果