本项目基于使用仿真软件SIVACO来仿真研究PT型和NPT型的IGBT结构特点，并且通过仿真研究对于不同的掺杂浓度、沟道宽度等对器件的特性产生不同的影响。
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（1）完成1200V/10A NPT-IGBT结构参数的理论设计；
（2）完成1200V/10A PT-IGBT结构参数的理论设计；
（3）研究P区掺杂、沟道宽度和氧化层厚度对阈值电压的影响；
（4）完成IGBT在Silvaco-TCAD当中的建模，完成网格、材料、电极、掺杂和电学特性求解的语言描述；
（5）通过比较两种不同结构的IGBT，评估节能及对环境发展的的影响。
N-区均匀掺杂，掺杂浓度为4e13~4e14，厚度用1200V计算，不低于50um，宽度10-20um；
P区宽度和N+区的形成都以氧化层左侧作为阻挡，因为ratio.lat参数定义不同而形成的沟道；
P区高斯掺杂，峰值点为0.3um处，掺杂浓度0.5-3e17,结深5-8um，ratio 0.4-0.8，图中P+与P不需定义两次，作为同一区域即可；
N+区宽度为氧化层左侧起再向左3-8um，高斯掺杂，结深在0.6μm以内，掺杂浓度1e19~1e20（5e19）， ratio 0.4-0.8，峰值点0.05um；
PT-IGBT的N缓冲区（buff区）掺杂浓度为1e17-3e17，均匀掺杂，厚度1-3um；
P+区高斯掺杂，掺杂1e19~5e19，结深距离底部10~20um，峰值点在0.5um处；
氧化层宽度占总宽度的一半,厚度为0.1um；
门极电极与氧化层宽度一致，集电极电极与器件宽度一致，发射极电极宽度需覆盖P和N+两个区域，所有电极不需要定义厚度。
- 分析IGBT的工作原理：
- 阻态：门极相对于发射结短接或施加负压，器件呈阻断状态，由于J2结阻断电压，空间电荷区主要向N-区扩展，N-作为最主要的耐压层；
- 开通：门极相对于发射结施加15V左右电压，在P区靠近氧化层附近形成反型层，也就是沟道，器件进入导通状态；
- 通态：①沟道形成后，电流经右侧PIN流通，大量电子从N+区进入道N-区，大量空穴从P+区进入到N-区，在N-区形成强烈的电导调制效应，从而整个器件导通压降在大电流下也较低；②由于N-区累积大量空穴，部分空穴进入P区从发射区流走，所以器件电流分俩部分，一部分为PNP，一部分为PIN；
- 关断：撤掉门极电压，沟道消失，当N-区累积电子和空穴消失殆尽后，器件再次回到阻断状态，由J2结阻断电压；、
2）根据实验要求进行NPT型N-区厚度的计算，确定整体器件宽度和厚度；
3）对器件整体进行规划，按实验要求进行实验器件初步的规划；
- 开始程序代码的编写，对网格，电极，掺杂以及进行正向导通，反向阻断，阈值电压进行求解，并改变变量获得不同结果曲线；
- 利用Origin软件对图形进行处理，并对结果进行分析；
- 对整个实验过程进行总结，遇到问题以及相关思考以及可优化部分。
计算NPT的N-区厚度：（实验要求掺杂浓度为4e13~4e14）
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首先设定N-漂移区掺杂浓度为5e13，击穿电压为1200v通过公式：
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可以得到NPT型的IGBT的N-区厚度为176um。 -
对于PT型IGBT，掺杂浓度2e17，假设N+厚度2um，由于空间电荷区主要向N-区扩展，确定其单一变量厚度不变于是设计其N-区厚度为174um。
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由实验要求对各个部分进行初步设计如下图所示，分为NPT型和PT型俩种。
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NPT型IGBT
4）对于PT型的阈值电压影响因素本次探讨三个因素，其中包括p区掺杂浓度、沟道宽度以及氧化层厚度都对导通特性有影响，那么通过改变其相关结构研究其阈值电压的改变为很重要的部分。
图4.3 PT型IGBT正向阻断特性曲线
图4.3 为PT型IGBT正向阻断特性曲线图，该曲线由电极GE短接，相对于Collector提供高电压获得，该器件的总厚度为197um，N-区厚度为176um，通过观察曲线可以得到igbt在1240v左右电压被击穿，在CD施加正电压时，空间电荷区主要在N-区扩展，N-区作为最主要的耐压层，在1240v时出现击穿，集电极电流开始呈垂直上升。
图4.4 NPT型IGBT正向阻断特性曲线
图4.4 为PT型IGBT正向阻断特性曲线图，该曲线与PT型方法一致，由于PT型存在缓冲区，在相同厚度下PT型能阻断更多的电压，NPT相同厚度阻断电压为1160v，在阻断相同电压情况下，PT型厚度更小。
图4.5 PT型IGBT正向导通特性曲线
图4.5为IGBT正向导通特性曲线图、该仿真曲线给基极施加一个超过阈值电压的电压，使得MOS出现反型层（沟道），通过给gate施加正向电压而得到、通过改变阈值电压的大小从而得到5条曲线、分析最下面一条曲线，首先为线性上升区，然后变为缓变上升区最后到水平稳定区、这是由于当Vds小于某一值时，沟道不发生改变，可以将沟道看成是一个电阻，满足伏安特性于是为线性增大，当Vds逐渐变大后，使得漏极电流上升，沟道会逐渐夹断，于是会出现电流呈一个弧线上升，当Vds不断增大，沟道会夹断，使得器件进入饱和区，器件电流饱和，漏电流不会随着漏极电压上升而上升，于是在曲线中表现为一条水平直线，而施加不同的阈值电压会改变沟道的性质，从而导致不同的饱和电流。
图4.6 NPT型IGBT正向导通特性曲线
图4.6为IGBT正向导通特性曲线图，其得到方式和PT型一致，由于PT型IGBT缓冲区的存在，使得N-区的厚度更薄，而NPT型由于N-后厚度较厚，于是阻断相同电压的情况下其导通电流更小，是由于电子需要经过更长的路径。
影响阈值电压因素分为三种：P基区掺杂浓度、沟道宽度、氧化层厚度。其中P基区掺杂浓度影响阈值电压原因为：由于p区多子为空穴，少子为电子，沟道是由p区电子构成的，当p区浓度增大时少子浓度下降，于是需要更高的电压来吸引电子来构成沟道、沟道宽度影响阈值电压原因为：由于沟道是由少子电子构成的，当沟道长度增大则需要更多的电子去构成，便需要更高的电压去吸引电子聚集、氧化层厚度影响阈值电压原因为：在沟道部分可以看出MOS结构，其中当氧化层厚度增大后则在gate上表面电压相应的减小，为了能够达到吸引等量数量的电子便需要更高的电压，使得gate上表面电压上升，总的来说是构成沟道电子有等数量才能构成同样的沟通。
