载流子存储沟槽栅双极晶体管特性研究与优化设计

doi:10.16257/j.cnki.1681-1070.2025.0168

电子与封装

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载流子存储沟槽栅双极晶体管特性研究与优化设计

李尧^1,2，谌利欢^1,2,，苟恒璐^1,2，龙仪^1,2，陈文舒^1,2

1. 兰州交通大学电子与信息工程学院，兰州 730070；2. 甘肃省集成电路产业研究院，兰州 730070

收稿日期:2025-03-31 修回日期:2025-08-22 出版日期:2025-08-28 发布日期:2025-08-28
通讯作者: 李尧
基金资助:
国家自然科学基金（61905102，62264008）；兰州市青年科技人才创新项目（2023-QNQ-119）；甘肃省高校青年博士支持项目（2024QB-050）

Characteristic Study and Optimization Design of Carrier Storage Trench Gate Bipolar Transistor

LI Yao^1,2, SHEN Lihuan^1,2, GOOU Henglu^1,2, LONG Yi^1,2, CHEN Wenshu^1,2

1. 兰州交通大学电子与信息工程学院，兰州 730070；2. 甘肃省集成电路产业研究院，兰州 730070

Received:2025-03-31 Revised:2025-08-22 Online:2025-08-28 Published:2025-08-28

摘要/Abstract

摘要： 为了优化载流子存储沟槽栅双极晶体管（CSTBT）的性能，对CSTBT结构进行了电学特性仿真，首先通过Sentaurus TCAD软件对比了T-IGBT和CSTBT的击穿特性、输出特性以及关断特性，最后研究了CSTBT N-drift区掺杂和厚度、P-base区掺杂和CSL掺杂对器件的击穿特性、转移特性以及输出特性的影响。结果表明，相较于T-IGBT，优化前的CSTBT的击穿电压提升了3.4%，正向导通压降减小了20.9%，关断损耗几乎一致；对于优化后的CSTBT，当N-drift区厚度为158 μm，N-drift区掺杂为7×1013 cm-3，P-base区掺杂为3×1017 cm-3，CSL掺杂为1×1016 cm-3时，器件的BV为1959 V，提升了22%；Von为1.14 V，降低了43%；Vth为7.6 V。

关键词: IGBT, 击穿特性, 输出特性, 转移特性, 载流子存储层, 关断损耗

Abstract: To optimize the performance of the Carrier Stored Trench Gate Bipolar Transistor (CSTBT), electrical characteristics of the CSTBT structure were simulated. Using Sentaurus TCAD software, the breakdown characteristics, output characteristics, and turn-off characteristics of T-IGBT and CSTBT were first compared. Subsequently, the effects of N-drift region doping and thickness, P-base region doping, and CSL doping on the breakdown characteristics, transfer characteristics, and output characteristics of the CSTBT were investigated. The results show that, compared to the T-IGBT, the pre-optimized CSTBT exhibits a 3.4% increase in breakdown voltage, a 20.9% reduction in forward conduction voltage drop, and nearly identical turn-off losses. For the optimized CSTBT, with an N-drift region thickness of 158 μm, the N-drift region doping of 7×1013 cm?3, the P-base region doping of 3×101? cm?3, and the CSL doping of 1×101? cm?3. the device achieves a breakdown voltage of 1959 V (22% improvement), a forward voltage drop of 1.14 V (43% reduction), and a threshold Voltage of 7.6 V.

Key words: IGBT, Breakdown characteristics, output characteristics, transfer characteristics, Carrier stored layer, Turn-off loss

李尧1, 2, 谌利欢1, 2, 苟恒璐1, 2, 龙仪1, 2, 陈文舒1, 2. 载流子存储沟槽栅双极晶体管特性研究与优化设计[J]. 电子与封装, doi: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2025.0168.

LI Yao1, 2, SHEN Lihuan1, 2, GOOU Henglu1, 2, LONG Yi1, 2, CHEN Wenshu1, 2. Characteristic Study and Optimization Design of Carrier Storage Trench Gate Bipolar Transistor[J]. Electronics & Packaging, doi: 10.16257/j.cnki.1681-1070.2025.0168.

[1]	张峰, 张国良. 宽禁带半导体碳化硅IGBT器件研究进展与前瞻^*[J]. 电子与封装, 2023, 23(1): 10109-.
[2]	吴毅, 夏云, 刘超, 陈万军. 一种新型无电压折回现象的超结逆导型IGBT[J]. 电子与封装, 2022, 22(9): 90401-.
[3]	杨晓磊;李士颜;赵志飞;李赟;黄润华;柏松. 超高压碳化硅N沟道IGBT器件的设计与制造^*[J]. 电子与封装, 2022, 22(4): 40102-.
[4]	肖紫嫣,刘超,夏云,陈万军. 具有三明治集电极结构的新型无电压回跳半超结RC-IGBT[J]. 电子与封装, 2020, 20(6): 60404-.
[5]	刘艳宏，邢毅，董妮，荆海燕. 电动汽车用IGBT模块铜底板设计[J]. 电子与封装, 2019, 19(9): 34-36.
[6]	张恩阳，黄勇，孟令锋，代高强. 基于共享Buffer的LIGBT和PLDMOS器件研究[J]. 电子与封装, 2018, 18(2): 46-48.
[7]	李碧姗，王昭，董妮. IGBT结构设计发展与展望[J]. 电子与封装, 2018, 18(2): 1-8.
[8]	涂启志¹，凌浪波². 高压IGBT芯片高温测试温度的阈值电压标定[J]. 电子与封装, 2017, 17(10): 13-16.
[9]	李　宏. 1200 V IGBT的性能优化[J]. 电子与封装, 2016, 16(11): 44-47.

中国半导体行业协会封装分会会刊

中国电子学会电子制造与封装技术分会会刊

载流子存储沟槽栅双极晶体管特性研究与优化设计

Characteristic Study and Optimization Design of Carrier Storage Trench Gate Bipolar Transistor

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