IGBT的分析与设计

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绝缘栅双极晶体管(Insulate Gate Bipolar Transistor, IGBT)是一种由场效应晶体管(MOSFET)和双极型功率晶体管(BJT)结合而成的达林顿结构。它既具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度高的优点,又具有BJT的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点。但是,目前国内还没有商品化的IGBT投入市场,国内市场需求的器件主要依赖进口,因此,开发和研制具有自主知识产权的高性能的IGBT迫在眉睫。本课题在了解IGBT结构和工作原理的基础上,从理论上分析了器件结构参数和器件主要性能之间的关系,由此总结出IGBT主要参数(阈值电压、正向击穿电压及关断时间)的设计依据,并依据此理论完成了IGBT结构参数设计。有源区结构选用条状元胞结构;栅极选用平面栅结构;纵向结构选用穿通型结构。依据所设计的结构参数,设计工艺流程,选取工艺条件和工艺参数,使用工艺模拟软件建立IGBT工艺模型。阈值电压、正向击穿电压以及关断时间是IGBT主要设计指标。工艺模型建立后,对器件进行转移特性、输出特性、正向击穿特性和动态特性仿真。仿真结果表明,本文所设计的IGBT器件的正向击穿电压为1450V,阈值电压4.3V,关断时间为1.8μs,均已达到了预期设计指标。而且IGBT的制作工艺与目前国内的CMOS工艺相兼容,可以很好地应用于各种高压功率集成电路。
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