超级结IGBT 击穿特性仿真分析与横向参数优化

刘 亭，关艳霞，刘 勇，王卉如，邓 杰

（沈阳工业大学信息科学与工程学院，沈阳110870）

1 引 言

IGBT 经历了传统结构到超级结IGBT 结构的演变。传统IGBT 结构具有输入阻抗高、电流处理能力强的优点，但其在导通电阻与阻断电压之间存在矛盾，不利于高压器件体积的缩小[1-4]。超级结IGBT利用交替P 型和N 型漂移区，形成了垂直方向的PN 结。当施加阳极偏压时，栅电极与P、N 漂移区中垂直的PN 结同时形成耗尽层，在x 和y 方向产生了二维的电荷耦合。使y 方向电场从三角形分布变为矩形分布[5]，提高了器件厚度的利用率，而且超级结IGBT 中允许对P、N 漂移区使用高掺杂浓度，高掺杂弄浓度会产生一个非常低的导通电阻，这就大大缓解了击穿电压与导通电阻之间的矛盾，有效减小了高压器件的体积，同时也缓解了关断功耗与击穿电压之间的矛盾。但正是因为超级结的存在，使IGBT 的制造工艺变得更加复杂，也使得影响超级结IGBT 击穿电压的因素变的更为复杂。在此对影响超级结IGBT 击穿特性的横向参数进行讨论，通过Silvaco 软件进行仿真，分析超级结IGBT 的P、N 漂移区浓度及宽度变化对击穿电压的影响。

2 器件的结构模型

超级结IGBT 的结构如图1 所示，仿真结构如图2 所示。浓度设计的参数如表1 所示。在此设计中，超级结 IGBT 的 P、N 漂移区长度为 35.5 μm，缓冲层长度为 5 μm，P 型衬底长度为 2 μm，N+区结深为 1μm，P+区结深为 2 μm，宽度为 5 μm。

图1 超级结IGBT 结构示意图

图2 超级结IGBT 仿真图

表1 超级结IGBT 浓度设计参数

3 阻断机理分析

与具有相同设计参数的传统IGBT 相比，超级结IGBT 可以承受更大的阻断电压。……