2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、在現(xiàn)代的電力電子系統(tǒng)中IGBT(Insulate-gated Bipolar Transistor)常常需要與反向并聯(lián)的快恢復(fù)二極管(Fast Recovery Diode,簡(jiǎn)稱為FRD)配合使用。因此將FRD與IGBT單片地集成在同一硅片上的逆導(dǎo)型IGBT(Reverse Conducting IGBT,簡(jiǎn)稱為RC-IGBT)近年來(lái)得到了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。由于單片集成的IGBT和FRD共用同一個(gè)結(jié)終端,因此RC-IGBT不僅提高了硅片

2、利用率,粘片與引線濺合等封裝工藝都得到縮減,所需的封裝成本下降,而且單片集成避免了互連引線等的寄生效應(yīng),從而可以提高器件的可靠性。然而通常的RC-IGBT還有一些問(wèn)題有待解決,其中包括易于產(chǎn)生集電極短路導(dǎo)致的 snapback現(xiàn)象和背面圖形加工帶來(lái)的成本的增加和成品率的下降。作為功率器件的RC-IGBT另一重要的特性是承受高的耐壓。單光刻版多區(qū)結(jié)終端擴(kuò)展技術(shù)(Single-Mask Multi-zone Junction Termina

3、tion Extension,簡(jiǎn)稱為SM-MZJTE)以其硅片的高利用率和低成本在3300 V及以上的高壓IGBT中得到應(yīng)用。然而SM-MZJTE對(duì)摻雜劑量、雜質(zhì)分布的形狀以及氧化層電荷等非常敏感,且通常對(duì)SM-MZJTE的版圖設(shè)計(jì)都是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)或仿真摸索得到的,這不利于縮小設(shè)計(jì)的周期。
  本文研究了snapback現(xiàn)象在RC-IGBT從單極工作模式向雙極工作模式轉(zhuǎn)換過(guò)程中的產(chǎn)生機(jī)理,深入探討了隧道結(jié)在不同電壓偏置下從隧穿到擴(kuò)散的

4、導(dǎo)電機(jī)理及其獨(dú)特的雙向?qū)щ娞匦?,分析了SM-MZJTE雜質(zhì)分布的特點(diǎn)。提出了旨在通過(guò)調(diào)節(jié)不同電流密度下集電極短路電阻的大小來(lái)抑制 snapback和提高關(guān)斷速度的隔離型 RC-IGBT(涵蓋三種新結(jié)構(gòu))與為避免背面光刻和提高反向恢復(fù)特性的隧道型RC-IGBT,建立并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了可以估算所需的摻雜分布或注入劑量的多環(huán)模型。其創(chuàng)新點(diǎn)如下:
 ?。?)為抑制snapback效應(yīng)和提高關(guān)斷速度,提出了隔離型RC-IGBT新結(jié)構(gòu)。首先提出了采

5、用介質(zhì)隔離的氧化槽集電極RC-IGBT(Oxide Trench Collector RC-IGBT,簡(jiǎn)稱為TRC-IGBT)。該結(jié)構(gòu)在P型集電極和N型集電極(即集成FRD的陰極)之間插入氧化槽以增大集電極短路電阻,從而抑制了開啟過(guò)程中snapback現(xiàn)象的產(chǎn)生。TRC-IGBT雖然消除了 snapback現(xiàn)象,但其關(guān)斷特性與傳統(tǒng)的RC-IGBT相比不具有優(yōu)勢(shì)。為減小關(guān)斷損耗和關(guān)斷時(shí)間,進(jìn)一步提出了在N型集電極與漂移區(qū)之間引入了P型浮空

6、層的TPRC-IGBT(Trench P-float RC-IGBT)。在snapback現(xiàn)象得到抑制的情況下,該浮空P型層的存在使得TPRC-IGBT具有更小關(guān)斷損耗。然而該結(jié)構(gòu)中的氧化槽增加了器件的加工難度。為此再進(jìn)一步提出了采用浮空P型層隔離集電極的FPRC-IGBT(Floating P-region RC-IGBT)。該結(jié)構(gòu)不但降低了器件的工藝難度,而且由于在IGBT關(guān)斷時(shí)提供了新的電子抽取通道使其具有更小的關(guān)斷損耗。

7、 ?。?)提出了旨在避免背面光刻和提高反向恢復(fù)特性的隧道型 RC-IGBT新結(jié)構(gòu)。將具有雙向?qū)щ娞匦缘乃淼澜Y(jié)引入 RC-IGBT,從而提出隧道型 RC-IGBT(Tunnel Injection RC-IGBT,簡(jiǎn)稱為TIGT)。正向?qū)〞r(shí)集電結(jié)通過(guò)擴(kuò)散的方式向漂移區(qū)注入空穴,反向?qū)〞r(shí)集電結(jié)(隧道結(jié))通過(guò)帶間隧穿( Band-to-band Tunneling)向漂移區(qū)注入電子。因此器件無(wú)需在背面引入N型區(qū)域(N-collector)

8、作為集成FRD的陰極,從而制作時(shí)無(wú)需背面圖形加工工藝過(guò)程。
 ?。?)建立并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了可以估算SM-MZJTE所需的摻雜分布或注入劑量的多環(huán)模型。該模型將等勢(shì)線近似為理想圓弧,依據(jù)電荷平衡關(guān)系推導(dǎo)出雜質(zhì)分布或注入窗口密度的解析表達(dá)式。依據(jù)該表達(dá)式并結(jié)合相關(guān)的物理參數(shù)我們可以方便地設(shè)計(jì)版圖。由于SM-MZJTE對(duì)摻雜劑量及氧化層電荷等非常敏感,模型中還考慮了結(jié)終端離子注入后場(chǎng)氧氧化及其隨后高溫推進(jìn)過(guò)程中吸硼排磷效應(yīng)和氧化層電荷的影響

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