Transcript Оптимизация напряжения пробоя в IGBT структуре И.Ю. Ловшенко , В.В. Нелаев

Оптимизация напряжения пробоя в IGBT структуре
по ее конструктивным и технологическим параметрам
И.Ю. Ловшенко1, В.В. Нелаев1, И.М. Шелибак1, А.С. Турцевич2
1
Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники, БГУИР, Минск, Республика Беларусь
2
1/16
ОАО «Интеграл», Минск, Республика Беларусь
Содержание
•
•
•
•
•
•
•
•
Проблема
Методология
Оптимизация напряжения пробоя
IGBT структура
Результаты
Перспектива
Заключение
Публикации
2/16
Проблема
Моделирование и оптимизация технологических
параметров IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Области применения силовых устройств
3/16
Методология
Silvaco® Технология/Устройство/Схема/Система
4/16
Оптимизация напряжения пробоя
Wbr – расстояние между кольцами; Wr – ширина кольца;
xj – глубина залегания p–n перехода; hepi – толщина эпитаксиальной
пленки; tox – толщина оксида; L – длина полевой обкладки
Структура с охранными кольцами и полевой обкладкой
5/16
IGBT структура
А – область активной структуры, использованная при исследовании зависимости
напряжения пробоя;
Е – эмиттер; С – коллектор; B – база; S – исток; G – затвор; D – сток
6/16
Результаты
Wbr = (1) 5 μm; (2)15 μm; (3) 35 μm, and (4) 65 μm
Зависимости тока коллектора Ic от напряжения на коллекторе Vc для структур
с разными расстояниями между охранным кольцом и p–n–переходом Wbr
7/16
Результаты
Wr= (1)15 μm; (2) 20 μm, and (3) 30 μm
Зависимости тока коллектора Ic от напряжения на коллекторе Vc для структур с
разными значениями ширины охранного кольца Wr
8/16
Результаты
xj= (1) 1.8 μm and (2)2.4 μm
Зависимости тока коллектора Ic от напряжения на коллекторе Vc для структур с
разными глубинами залегания p–n–перехода охранного кольца xj
9/16
Результаты
L= (1)20 μm; (2)10 μm; (3) 30 μm; (4) 45 μm, and (5) 5 μm
Зависимости тока коллектора Ic от напряжения на коллекторе Vc для структур с
разными длинами полевой обкладки
10/16
Результаты
1 – контакт к истоку; 2 – исток; 3 – первая полевая обкладка;
4 – SiO2; 5 – контакт к первому охранному кольцу;
6 – первое охранное кольцо; 7 – подложка.
Структура с 4-мя охранными кольцами и 5-ю полевыми обкладками
11/16
Результаты
D = 7.4∙1013 cm-2 (1); 6.4∙1013 cm-2 (2); 3.4∙1013 cm-2 (3)
E= 110 kV (1); 120 kV (2); 130 kV (3)
Оптимизация динамических характеристик IGBT структуры
по параметрам имплантационного легирования
при формировании канала
12/16
Перспективы - Новые конструкции
а)
а) IGBT на КНИ структуре; б) Trench IGBT.
13/16
б)
Перспективы - IGBT на КНИ
1 – hox=30 нм; 2 – hox=40 нм; 3 – hox=50 нм; 4 – hox=60 нм; 5 – hox=70 нм
Статические и динамические характеристики IGBT
на КНИ структуре при различных значениях толщины
подзатворного диэлектрика
14/16
Заключение
- Достигнуто напряжение пробоя VBV = 1150 В IGBT структуры
посредством
оптимизации
конструктивно–технологических
параметров (расстояние между охранными кольцами, ширина
кольца, глубина залегания p–n перехода, длина полевой обкладки
и толщина подзатворного диэлектрика).
Исследованы
способы
характеристик IGBT структуры.
улучшения
динамических
- Показана перспективность IGBT прибора на КНИ структуре по
сравнению со структурой на объемном кремнии:
время включения и выключения (25 и 55 нс) на порядок ниже,
ток коллектора на два порядка выше (175 мкА и1,4 мкА).
15/16
Публикации
1.
2.
3.
4.
Belous A., Lovshenko I., Nelayev V., Turtsevich A., Shelibak I. High
breakdown voltage and switching speed IGBT design // Proc. of the Int.
Euromicro Conferences - 38th on Software Engineering and Advanced
Applications (SEAA) and 10th Digital Systems Design (DSD), Turkey, Izmir,
September 5-8, 2012.
Artamonov A., Nelayev V., Shelibak I. Technology design of IGBT // Proc.
11th Int. Conf. on The experience of Designing And Application of CAD
Systems in Microelectronics CADSM), Lviv-Polyana, Ukraine, February 2325, 2011. - P. 8-9.
Artamonov A., Nelayev V., Shelibak I. Technology and electrical design of
IGBT // Proc. 18th Int. Conf. on Mixed Design on Integrated Circuits and
Systems (MIXDES), Gliwice, Poland, 16-18 June 2011. - P. 143.
Artamonov A., Nelayev V., Shelibak I., Turtsevich A. IGBT Technology
Design and Device Optimization // Proc. 9th Int. Conf. on East-West Design
and Testing (EWDTS), Sevastopol, Ukraine 09-12September 2011,.- P. 117121.
16/16