高速高压IGBT瞬态抽出模型与新结构

批准号:
61076082
项目类别:
面上项目
资助金额:
48.0 万元
负责人:
张波
依托单位:
学科分类:
F0404.半导体电子器件与集成
结题年份:
2013
批准年份:
2010
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈文锁、谢刚、关旭、蒋辉
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中文摘要
首次提出高速高压IGBT瞬态抽出模型与新结构。基于非平衡载流子的双极输运理论,解析分析关断瞬间非平衡载流子的动态响应;引入抽出因子,定量描述抽出效率与关断时间的解析关系。在此模型指导下,提出了双通道电子抽出高速高压新型横向LIGBT。该器件在正向导通时能有效抑制NDR现象,保持工作时的大导通能力;与常规LIGBT相比,关断速度提高50%-80%,解决了当前LIGBT器件关断速度慢的关键问题。该模型的建立及新结构器件的实验研制对发展高速高压可集成LIGBT有重要的指导作用。本项目是一项前沿性、应用基础性研究,对功率半导体器件及理论的发展具有重要意义。
英文摘要
IGBT具有驱动功耗低、导通能力强、热稳定性好、耐压特性高和安全工作区大等优点,是新型功率器件的典型代表器件。横向结构IGBT与普通的纵向结构相比更适合当前半导体的平面制造工艺、更易于集成在硅基或者SOI基的功率集成电路中,可以广泛应用于各种电力电子系统。电导调制效应使IGBT器件具有较低正向压降的同时,漂移区非平衡电子空穴对的存储也使其关断速度明显减慢,限制了应用频率并增加了开关损耗,这成为IGBT器件进一步应用的主要障碍。本项目以SOI基横向IGBT器件(SOI LIGBT)为具体研究对象,采用电势控制解析分析、数值仿真和实验验证三者相结合的方法,首次提出高速高压IGBT瞬态抽出模型与新结构。本项目提出的新结构器件大大改善了器件导通压降与关断时间之间的约束关系,为当前LIGBT器件关断速度慢的关键问题提供了解决方法,对发展高速高压可集成LIGBT有重要的指导作用。本项目全面完成了预期研究目标,研究成果包括:1.提出高速LIGBT电势控制(PA)理论并建立高速高压LIGBT瞬态抽出模型。基于非平衡载流子的双极输运理论,解析分析关断瞬间非平衡载流子的动态响应,引入抽出因子,定量描述抽出效率与关断时间的解析关系。2.提出双通道电子抽出高速高压新型LIGBT器件,包括双通道三维PA区阳极高速LIGBT器件和复合PA区阳极高速LIGBT器件。新结构器件在正向导通时能有效抑制snapback现象,同时加快了LIGBT的关断速度,关断速度相比常规结构提高50%~80%。3.实验研制双通道电子抽出高速高压新型LIGBT器件。在1.5µm顶层硅厚度、3µm埋氧层厚度的SOI材料上实现了新结构器件的研制,包括数值模拟、工艺设计、版图设计、实验流片及测试,验证了提出的瞬态抽出模型的正确性和新结构器件的可行性。在本项目的支持下,已申请中国发明专利16项,获授权中国发明专利1项;在IEEE Electron Device Letters等发表论文18篇,其中SCI收录论文9篇。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Small-sized silicon-on-insulator lateral insulated gate bipolar transistor for larger forward bias safe operating area and lower turnoff energy
小尺寸绝缘体上硅横向绝缘栅双极晶体管,具有更大的正向偏压安全工作区和更低的关断能量
DOI:10.1049/mnl.2013.0040
发表时间:2013-07
期刊:Micro&Nano Letters
影响因子:--
作者:Fu, Qiang;Zhang, Bo;Luo, Xiaorong;Wang, Zhigang;Li, Zhaoji
通讯作者:Li, Zhaoji
DOI:10.1088/1674-1056/22/7/077309
发表时间:2013-07
期刊:Chinese Physics B
影响因子:1.7
作者:Q. Fu;Bo Zhang;X. Luo;Zhaoji Li
通讯作者:Q. Fu;Bo Zhang;X. Luo;Zhaoji Li
DOI:10.1088/1674-4926/33/11/114003
发表时间:2012-11
期刊:Journal of Semiconductors
影响因子:5.1
作者:Weizhong Chen;Zhang Bo;Zehong Li;Ren Min;Zhaoji Li
通讯作者:Weizhong Chen;Zhang Bo;Zehong Li;Ren Min;Zhaoji Li
A snapback suppressed reverse-conducting IGBT with soft reverse recovery characteristic
具有软反向恢复特性的回跳抑制反向导通IGBT
DOI:10.1016/j.spmi.2013.06.012
发表时间:2013-09
期刊:Superlattices and Microstructures
影响因子:3.1
作者:Chen, Weizhong;Li, Zehong;Zhang, Bo;Ren, Min;Liu, Yong;Li, Zhaoji
通讯作者:Li, Zhaoji
High performance CSTBT with p-type buried layer
具有 p 型埋层的高性能 CSTBT
DOI:10.1049/el.2012.0220
发表时间:2012-04
期刊:Electronics Letters
影响因子:1.1
作者:J.Zhang;Z.Li;B.Zhang;Z.Li
通讯作者:Z.Li
太赫兹固态收发前端关键技术及其应用研究
- 批准号:--
- 项目类别:优秀青年科学基金项目
- 资助金额:120万元
- 批准年份:2020
- 负责人:张波
- 依托单位:
太赫兹星间高速传输技术
- 批准号:91738102
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:85.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:张波
- 依托单位:
太赫兹成像系统前端小型化变频机理及其应用研究
- 批准号:61771116
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:62.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:张波
- 依托单位:
太赫兹变容二极管非线性精确建模及其倍频应用研究
- 批准号:61301051
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:27.0万元
- 批准年份:2013
- 负责人:张波
- 依托单位:
宽禁带半导体大功率电力电子器件的可靠性研究
- 批准号:61234006
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:310.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:张波
- 依托单位:
新型三维超结表面低阻通道横向功率MOS器件
- 批准号:60576052
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:25.0万元
- 批准年份:2005
- 负责人:张波
- 依托单位:
国内基金
海外基金
