摘要
绝缘栅双极型晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT），作为近几十年来发展极其迅速的新一代重要功率器件，在航空航天、电动汽车、新能源发电、家电变频、工业自动化、以及最近火热的5G通信基建等领域，都发挥着至关重要的“核芯”作用。IGBT在大多数桥式应用电路中，需要一个与之并联的续流二极管来对其进行保护，为了追求芯片更小的尺寸面积，更小的功率损耗，更小的封装引线成本，IGBT势必朝着高集成且多功能的方向趋势发展，逆导型IGBT(RC-IGBT)便是一种具有这些优势的特殊IGBT结构,其特点是将反并联二极管内集成到IGBT体内，使其同时具备正向导通和反向导通的能力。然而，传统的RC-IGBT在正向导通态下会有电压折回问题，其可能使器件工作时电流集中在某一个元胞中，使器件出现破坏性失效，这一直很大程度上阻碍着RC-IGBT的应用与推广。针对此问题，本文主要做了以下工作： 本文以增大电子电流路径电阻为核心思路，提出了带有背面槽栅的新型PTCRC-IGBT结构，并对其无折回机理进行了详细阐述，最后用TCAD软件Silvaco对PTCRC-IGBT结构进行仿真验证，对其阻断特性、静态I-V特性以及Eoff–VCE(sat)折中曲线做出了较为完整的对比与论述，证明了提出的PTCRC-IGBT结构所用思想的正确性，并在保证较低导通电压和较高击穿电压的同时，得到了相对传统RC-IGBT结构更低的关断功耗。 在进一步研究中，提出了PTCRC-IGBT结构背面槽栅存在氧化物-半导体界面电荷会使电压折回现象再次出现且其体二极管正向恢复太大的问题，以解决此问题为核心思路，提出了背面槽栅被p-float和n-ring包围的新型PNTCRC-IGBT结构，之后对其无折回机理和耐压机理进行了细致剖析，最后对PTCRC-IGBT结构和PNTCRC-IGBT结构在存在界面电荷情况下进行了仿真验证，仿真了其阻断特性、静态I-V特性、Eoff–VCE(sat)折中曲线、以及反向体二极管特性，通过仿真结果数据的对比，证明了PNTCRC-IGBT结构在存在界面电荷下仍能避免电压折回现象的思想，并在保证了与PTCRC-IGBT结构都具有较低关断功耗的同时，得到了较PTCRC-IGBT结构更低的正向恢复电压，同时较普通PiN结构得到了更低的反向恢复电荷。
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