摘要：N+缓冲层规划对PT-IGBT器材特性的影响至关重要。文中运用Silvaco软件对PT-IGBT的I-V特性进行仿真。提取相同电流密度下，不同N+缓冲层掺杂浓度PT-IGBT的通态压降，得到了通态压降随N+缓冲层掺杂浓度改动的曲线，该仿真成果与理论剖析共同。关于PT-IGBI结构，N+缓冲层浓度及厚度存在最优值，只需合理的选取能够有效地下降通态压降。
关键词：Silvaco；PT-IGBT；N+缓冲层；通态压降；仿真
IGBT由于具有输入阻抗高、损耗低、开关速度快、通态压下降、通态电流大等优势而成为如今功率器材开展的主流产品。我国商场对IGBT的需求巨大，但国内还不能大规模出产自主规划的IGBT，大部分仍依托进口，这是我国电力电子技术开展中面对的严重瓶颈之一，IGBT的研制规划工刁难我国各项事业的开展有非常严重的战略意义。
与NPT-IGBT(非穿通型IGBT)比较，PT-IGBT(穿通型IGBT)因具有更好的开关速度及更小的功率损耗而被广泛应用。PT-IGBT中N馁冲层的结构参数对其特性的影响至关重要，因而要对其进行优化规划。在进行N+缓冲层规划中，原则上是在确保正向转机电压的前提下挑选合理的N+缓冲层的掺杂浓度和厚度，下降通态压降。文中运用Silvaco软件，在确保阻断电压的前提下，对不同N+缓冲层掺杂浓度的PT-IGBT的通态压降进行了仿真剖析，对PT-IGBT缓冲层的优化规划
供给了有价值的参阅。
1 PT-IGBT的结构与作业原理
1．1 PT-IGBT的结构
IGBT是在VD-MOSFET结构基础上开展而来的器材，IGBT用P+层替代了VD-MOSFET漏极中的N+型掺杂区。PT-IGBT就是在阳极侧的P+区和N基区间参加一个N+区，如图1所示，参加的这个N+区称为N+缓冲层，缓冲层的作用是阻挠IGBT在正向阻断时耗尽层的扩展，使得PT-IGBT能够用较小的N基区宽度完成与NPT-IGBT相同的正向阻断才能，进步开关速度的一起坚持了较低的通态压降。
1．2 PT-IGBT的作业原理
当栅极电压大于阈值电压时，IGBT开端导通。在P基区外表构成导电MOS沟道，电子经MOS沟道注入N基区，一起推动了阳极P+的空穴注入。由于N基区宽度很大，大部分空穴在N基区中与从MOS沟道注入进来的电子复合。剩下的空穴从N基区分散到J2结，由于J2结细微反偏，空穴被电场捕获经过空间电荷区进入P基极。由于N基区为完成高阻断电压才能而采用了低掺杂浓度，所以中等电流密度下的空穴浓度乃至超越了N基区的掺杂浓度。因而，N基区处于大注入的状况，伴随着很强的电导调制效应。这使得IGBT通态下得以坚持很好的低通态压降和高电流密度。
2 PT-IGBT的通态V-I特性
2．1 通态模型
当栅极电压足够大时，IGBT中所包括的MOSFET结构作业在线性形式下，IGBT的通态特性类似于PIN二极管的通态特性。因而用于剖析PT-IGBT通态特性的等效模型可简化为：一个PIN二极管串联一个作业在线性区域的MOSFET。较大的正向栅极电压促进导通状况下的IGBT结构在栅极下面构成堆积层，与N基区堆叠。通态时的电子电流经过MOSFET的沟道抵达堆积层，能够被视作是在向N基区注入。相应地，空穴从阳极P+区注入，在N基区内构成大注入。栅极下N基区内的电子和空穴浓度散布与PIN二极管类似。此刻IGBT的等效电路如图2所示。
本次仿真运用的PT-IGBT结构参数：
2．2 通态特性的仿真
依据表1所示的结构参数。运用Silvaco软件对PT-IGBT进行仿真。为了剖析该结构的通态特性，施加不同的栅极电压以扫描集电极电压。仿真成果如图3所示，该结构参数下IGBT的阈值电压约5 V左右，IGBT的敞开电压约为0．8 V。通态压降随栅极电压的添加而减小，在较大的栅压下，通态特性与PIN二极管类似。
3 N+缓冲层对通态压降的影响
PT-IGBT结构中N+缓冲层的规划原则是：N+缓冲层的宽度大于正向转机电压下空间电荷区在其间的展宽。因而，N+缓冲层的浓度越高，确保阻断特性所需求的宽度就越小，但N+缓冲层的浓度又影响着PT-IGBT的通态压降，下面仿真剖析N+缓冲层的浓度对通态压降的影响。
在其他参数不变的情况下，只改动N+缓冲层浓度，栅压为15 V，阳极电压从0 V逐步增大到15 V，N+缓冲层浓度顺次取1e16、1e17、5e17、1e18、5e18及1e19 cm-3，仿真IGBT的搬运特性曲线，如图4所示。提取相同电流3e-6A下的通态压降，并绘制成曲线，如图5所示。从图5中咱们能够观察到，N+缓冲层掺杂浓度超越5e17 cm-3时通态压降敏捷添加。由此可见，在缓冲层坚持很窄的情况下，尽管能够进步N+缓冲层的掺杂浓度，使得电场在缓冲层区内降到零。但N+缓冲层掺杂浓度的上限不行能不受限制，由于过高的掺杂浓度将使J1结注入功率下降，导致正导游通特性变坏。所以N缓冲层的最佳掺杂浓度和厚度分别在le16～1e17cm-1和10～15μm。
4 定论
IGBT是结构杂乱的集成功率器材，细小的结构参数改动都可能会给器材功能带来巨大影响。经过优化结构参数能够完成PT-IGBT在功能上的改善。在确保正向阻断电压的前提下挑选合理的N+缓冲层的掺杂浓度和厚度。N+缓冲层的最佳掺杂浓度和厚度分别在1e16～1e17 cm-3和10～15 μm。文中针对缓冲层掺杂浓度的改动仿真剖析了PT-IGBT的通态特性，探讨了缓冲层的优化问题，给PT-IGBT在缓冲层方面的优化规划供给了有价值的参阅。
