間斷式陽極結構模擬與分析

間斷式陽極結構如圖 4.6 所示，陽極端 P⁺長度Lp設定為 20µm，陽極端 N⁺ 長度Ln為 1.5µm。圖 5.30 所示為間斷式陽極結構的 I-V 特性曲線圖，觀察可以 發現，此結構依然會有負電阻現象的存在，因為其與陽極短路結構一樣，都是利 用電流流過 P⁺陽極下方來使電洞便從陽極注入漂移區，產生傳導調變的作用，

差異在於電流方向的不同。可以看到間斷式陽極結構的 Vonset比陽極短路結構來 的小，卻稍大於傳統結構，因此，導通電流介於傳統結構與陽極短路結構兩者之 間，閂鎖效應發生的電壓也介於兩者之間。圖 5.31 所示為間斷式陽極結構在不 同VG時的I-V 特性曲線圖。調變 VG分別為5V、7.5V、10V、12.5V 與 15V。觀 察結果得知，當 VG增加時，導通電流亦增加，並且由於閘極電壓 VG較小的時 候，導通電流較小，需要比原本稍大的電壓才能導通，使得 Vonset稍微增加，約 從2.1V 上升至 2.5V。

圖5.30 間斷式陽極結構的 I-V 特性曲線圖

圖5.31 間斷式陽極結構在不同 VG時的I-V 特性曲線圖

圖5.32 所示為間斷式陽極結構在不同 Lp對Ln的比值（即Lp/Ln）時的Vonset

比較圖，此處我們一樣是固定Lp為20µm，調變 Ln分別為1.5µm 與 5µm（即 Lp/Ln

值為 12 與 4）來觀察 Vonset的變化情形。結果顯示，當 Ln較大的情況下，Vonset

較大。這是因為Ln增加時，可以吸引更多的電流，導致流經 P⁺陽極下方的電流 減少，因此需要較大的Vonset。以Lp/Ln值來看則是，當Lp對Ln比值較小時，Vonset

值較大。

圖5.32 間斷式陽極結構在不同 Ln值時的Onset Voltage

圖 5.33 為間斷式陽極結構於元件關閉時的陽極端電流的變化情形。結果顯 示，間斷式陽極結構明顯的改善了傳統結構在關閉時間上延遲的缺點，改善的量 級和陽極短路結構差異不大，均是從幾十微米（µs）加快到幾百奈米（ns）。圖 5.34 則是在不同的 Lp/Ln值的情況下，元件關閉時陽極端電流的變化情形。此處 固定Lp=20µm，調變 Ln分別為1.5µm 與 2.5µm（即 Lp/Ln值為12 與 8）。結果顯

示，較大的Ln有較快的關閉時間，這是因為陽極端的N⁺區域越大，對移除電子 的速度越快，加快了元件關閉的速度。雖然在陽極端提供了N⁺區域來移除電子，

但是曳尾效應仍然存在。這是因為在移除電子的時候，電流會經過P⁺陽極下方，

使得元件在關閉後，電洞依然注入漂移區，導致元件關閉時間還是稍微延遲，圖 5.35、圖 5.36、圖 5.37 與圖 5.38 說明了此現象。其中圖 5.35 與圖 5.36 為俯視間 斷式陽極結構在 Current tail 時的分布情形。圖 5.37 與圖 5.38 則為側面圖。而 Current tail 的現象將會隨著 Ln的增加而逐漸消失。

圖5.33 間斷式陽極結構在元件關閉時電流曲線圖

圖5.34 間斷式陽極結構在不同 Ln值時的關閉電流曲線圖

圖5.35 間斷式陽極結構在 Current_tail 時的電子流分布圖（俯視圖）

圖5.36 間斷式陽極結構在 Current_tail 時的電洞流分布圖（俯視圖）

圖5.37 間斷式陽極結構在 Current_tail 時的電子流分布圖（側面圖）

圖5.38 間斷式陽極結構在 Current_tail 時的電洞流分布圖（側面圖）

整理前面對間斷式陽極結構的模擬結果，再加入之前傳統 LIGBT 結構與陽 極短路結構的部分，我們可以歸納成表格5.6。

傳統LIGBT 結構 陽極短路結構 間斷式陽極結構

BV (V) 710 720 710

Ron (mΩ-cm²) 2.90 4.74 3.54 Turn-off Time 13.2 (µs) 290 (ns) 220(ns)

Vonset (V) 1.5 4.13 2.1

表5.6 間斷式陽極結構模擬結果表

從表格5.6 中可以看到，在符合耐壓規格的條件下，陽極短路結構與間斷式 陽極結構在元件關閉時間上有明顯的改善，從幾十微米(µs)的量級降低至幾百奈

米(ns)的量級，而且間斷式陽極結構在導通電阻上 Ron與Onset Voltage Vonset的表

Shorted Anode Segmented Anode

圖5.39 兩種改進結構的崩潰電壓比較圖

Breakdown Voltage (V)