论文部分内容阅读
作为应用于电力领域的新兴的电力电子技术,功率半导体器件的研究和发展对促进电力电子技术的发展起着至关重要的作用。由于横向功率半导体器件的各个电极都位于芯片的表面,易于集成,因而在功率集成电路领域获得了广泛的应用。在横向功率半导体器件中,横向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管（lateral double-diffused metal-oxide-semiconductor field effect,LDMOS）和横向绝缘栅双极晶体管（lateral insulated gate bipolar transistor,LIGBT）,因其自身的许多优点成为两种被广泛应用的主流器件。本文的主要工作是在简要阐述横向耐压区优化技术后,基于传统的LDMOS和LIGBT,提出了两种具有多晶硅耐压层的新型LDMOS和LIGBT功率器件,并对器件结构、原理和性能进行了详细分析:1)LDMOS虽然具有易驱动、开关速度快等诸多优点,但也存在着突出的问题,例如,其比导通电阻会随着耐压的提高而显著增加。结终端技术以及RESURF（Reduced SURface Field）技术通过优化器件漂移区表面的电场从而在不增加比导通电阻的情况下提高了器件的耐压。同时,积累层技术通过引入额外的电子积累层,在不影响器件耐压的条件下实现了器件比导通电阻的降低。在此基础上,本文提出一种新型具有多晶硅耐压层的LDMOS（AG LDMOS）器件,并对其特性进行了详细的分析,AG（accumulation-mode extended gate）结构不仅在器件导通时增加了漂移区表面的电荷密度,而且在器件耐压时优化了漂移区表面的电场分布。仿真结果表明,与具有相同尺寸的RESURF LDMOS相比,在相同的500 V耐压下,本文提出的AG LDMOS器件的比导通电阻降低了近80%。2)LIGBT具有输入阻抗高、导通压降低等优点,已逐渐成为自动控制和功率变换的核心部件。RC-LIGBT（reverse-conducting LIGBT）是具有反向导通功能的LIGBT。通过在结构上引入一个由N+集电区,漂移区以及P基区构成的反并联的续流二极管来实现反向导电的能力,由于集成续流二极管的影响,器件在正向导通时先工作于体电阻较大的MOS模式,再工作于体电阻较小的IGBT模式,由此引发了电压折回的现象。本文提出一种基于SOI技术的具有多晶硅耐压层的RC-LIGBT,通过将续流二极管做在多晶硅耐压层上来实现LIGBT与续流二极管的隔离,器件在正向导通时只工作在IGBT模式,从而消除了电压折回的现象。同时,多晶硅耐压层还具有调制漂移区表面电场的作用。仿真结果表明,与具有相同器件参数的传统RC-LIGBT相比,在相同的500 V耐压下,本文提出的RC-LIGBT器件的导通压降在关断损耗为2.17 mJ/cm2时降低了33.5%,关断损耗在导通压降为1.98 V时降低了87.5%,同时,反向恢复时间也减少了85.5%。