Diamond-on-Si IGBT With Ultrahigh Breakdown Voltage and On-State Current

绝缘栅双极晶体管 钻石 电流(流体) 材料科学 光电子学 电气工程 电压 电击穿 工程物理 击穿电压 工程类 电介质 复合材料
作者
Zhi Jiang,Enpu Wang,Jun Ying,Chengchang Zhang,Jiajia Du,Guangyu Wang,Yu Pang
出处
期刊:IEEE Transactions on Electron Devices [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:71 (10): 6236-6243 被引量:2
标识
DOI:10.1109/ted.2024.3450436
摘要

Diamond-on-Si insulated gate bipolar transistors (IGBTs) on a floating zone (FZ) silicon wafer is fabricated and investigated. The polycrystalline diamond (PCD) of the Diamond-on-Si IGBT is used for a heat spreader of high-power devices, which helps to raise the breakdown voltage and short time at the on-state so as to cool down temperature in the N-drift region in IGBT operating and reduce the turn-off power. Moreover, the Diamond-on-Si IGBT could improve more current extremely, and nano diamond particles (NDs) grain size near the interface Si/Diamond that led to a higher in-plane thermal dissipation compared with the conventional IGBT. By fine control of the seed size and areal density, thermal conductivity near multihole collector contacts region can therefore be improved. Measurement results of diamond of$140~\mu $m IGBT show that under turn-off loss (${E}_{\text {off}}$) of 1.24 mJ/cm2, breakdown voltage (${V}_{\text {BR}}$) of 1.32 kV and collector-emitter current (${I}_{\text {ce}}$) is as high as 150 A/cm2, which is superior to most of conventional IGBTs. In addition, the reasons for the Diamond-on-Si IGBTs results are also discussed in this article. Finally, the advantages of Diamond-on-Si IGBTs in terms of thermal performances are verified by measurement, and this article also provides a guideline for the process of Diamond IGBTs by the liquid Ga catalysis.
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