1200 V IGBT的性能優(yōu)化

李宏

(上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造股份有限公司，上海 200233)

1200 V IGBT的性能優(yōu)化

李宏

(上海先進(jìn)半導(dǎo)體制造股份有限公司，上海 200233)

主要研究1200 V IGBT器件的性能優(yōu)化方法。理論分析了IGBT結(jié)構(gòu)參數(shù)與其主要性能的關(guān)系，按1200 V IGBT器件擊穿電壓和飽和壓降的設(shè)計(jì)要求，重點(diǎn)討論了FS、JFET注入、延長(zhǎng)JFET退火時(shí)間和減小Pring注入劑量對(duì)IGBT器件擊穿電壓（BV）和飽和壓降（Vdson）的影響，最終得到了滿(mǎn)足器件設(shè)計(jì)要求的最佳性能參數(shù)。

IGBT；FS-IGBT；JFET注入；JFET退火；Pring注入；擊穿電壓;飽和壓降

1　引言

上世紀(jì)80年代初，試圖把MOS與BJT技術(shù)集成起來(lái)的研究導(dǎo)致稱(chēng)為絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的新型功率器件的發(fā)明。作為新型電力半導(dǎo)體器件的主要代表，IGBT被廣泛用于工業(yè)、信息、新能源、醫(yī)學(xué)、交通、軍事和航空領(lǐng)域。隨著半導(dǎo)體材料和加工工藝的不斷進(jìn)步，IGBT的電流密度、耐壓和頻率不斷得到提升。目前，市場(chǎng)上的IGBT器件的耐壓高達(dá)6500 V，單管芯電流高達(dá)200 A，頻率達(dá)到300 kHz。在高頻大功率領(lǐng)域，目前還沒(méi)有任何一個(gè)器件可以代替它。本文著重分析討論1200 V IGBT器件的性能優(yōu)化。

2　IGBT結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)理念

IGBT是一個(gè)復(fù)合器件，由一個(gè)MOSFET和一個(gè)PNP管組成，如圖1。

IGBT集MOSFET的柵極電壓控制特性和BJT的低導(dǎo)通電阻于一體，具有電壓控制、輸入阻抗大、驅(qū)動(dòng)功率小、導(dǎo)通電阻小、開(kāi)關(guān)損耗低及工作頻率高等特點(diǎn)，并具有類(lèi)似MOSFET的寬SOA（安全工作區(qū)）特性，是近乎理想的半導(dǎo)體大功率開(kāi)關(guān)器件。然而對(duì)于IGBT的設(shè)計(jì)目前還是一個(gè)難點(diǎn)。為了減小器件開(kāi)通的功率損耗以及開(kāi)關(guān)損耗，希望器件的通態(tài)壓降越小越好；同時(shí)為了兼顧高壓器件的耐用性，希望IGBT的擊穿電壓盡可能高。……