采用TCAD改善功率开关特性的仿真教学

为了实践我国新工科教育和成果导向教育,教学模式和教学内容需要做出相应的更新。针对电力电子技术课程中功率开关部分授课内容和授课手段比较薄弱的现实问题,以逆导型IGBT的物理结构、开关特性以及抑制电压回跳现象为例,给出采用计算机辅助分析软件Silvaco TCAD辅助分析功率开关特性的教学手段,并邀请有经验的研究生课上和课下示范讲解软件使用规范和技巧,激发学生的学习兴趣和热情。     

缓变场终止型IGBT特性的仿真

为改善场终止型绝缘栅双极型晶体管(FS-IGBT)电场终止能力的可靠性,对一种缓变场终止型绝缘栅双极型晶体管(GFS-IGBT)的特性进行了仿真研究.与传统FS-IGBT的突变场终止层不同,GFS-IGBT所具有的场终止层是一个厚度为20～30 μm,峰值掺杂浓度为3.5×1015 cm-3的缓变场终止层.采用Sentaurus TCAD仿真软件,对600 V/20 A的FS-IGBT与GFS-IG-BT和非穿通型IGBT (NPT-IGBT)在导通、开关和短路特性等方面进行了对比仿真.结果表明,在给定的参数范围内,GFS-IGBT具有更低的通态压降、良好的关断电压波形以及更小的关断能耗.最后介绍了一种针对600 V IGBT器件的缓变场终止结构的制造技术.     

逆导型沟槽FS IGBT的设计与实现

逆导型沟槽场终止绝缘栅双极型晶体管(RC Trench FS IGBT)是一种新型的功率半导体器件,具有成本低、体积小、可靠性高等优点.设计并实现了一款1200V逆导型沟槽FS IGBT.重点研究了逆导型绝缘栅门极晶体管(RC IGBT)特有的回扫现象,以及如何从结构设计上消除回扫现象,其次,对RC IGBT在不同的载流子寿命下,进行了开关特性、反向恢复特性的仿真.研究结果发现随着载流子寿命的降低,其开关时间、反向恢复特性都有一定程度的改善.依据器件的最优化设计进行了流片.测试结果验证了不同设计对电流回扫现象的影响,以及不同少子寿命下导通特性和反向恢复特性的变化规律,器件的性能得到优化.     

带有固定延迟时间的IGBT去饱和过流检测电路

提出了一款带有固定延迟时间的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)去饱和(DESAT)过流检测电路。在IGBT去饱和过流检测电路中加入固定延时电路,当检测到过流信号后关断IGBT,防止IGBT被烧毁。同时固定延时电路开始计时,经历了固定延迟时间后,电路错误信号清除,IGBT恢复正常工作状态,提高了IGBT功率回路的可靠性与安全性。将固定延时电路集成在IGBT驱动芯片中,提高了系统的集成度。采用UMC 0.6μm高压BCD工艺模型对去饱和过流检测电路进行前仿和后仿。仿真结果表明,采用线性温度补偿方法,基准电路的过流阈值电压典型值为6.97 V,温度系数为19.5×10^-6/℃。IGBT开启后消隐时间为920 ns。在不同工艺角仿真中,后仿固定延迟时间在2.8~4 ms之间变化,典型值为3.3 ms,使功率回路储能元件中的冗余能量充分释放。     

光纤延时自外差法测量DFB型LD温度调谐的瞬态特性

以马赫-曾德干涉仪(MZI)原理为基础搭建了臂长差为3km的光纤延时自外差(FOSHI)测量系统,测量了1 582nm分布反馈型(DFB)二极管激光器(LDs)在温度调谐下输出的瞬态特性,包括LDs输出波长及线宽。结果表明,DFB LDs输出光波长随调谐温度呈线性关系,通过对光电流功率谱密度函数的洛伦兹线型拟合得到LDs的线宽为3.24MHz,与3MHz理论值相近。     

IGBT器件栅极漏电问题研究

IGBT器件具有输入阻抗高和导通压降低的优点,在大功率电力电子领域具有广泛的应用,但IGBT器件的栅极漏电问题严重影响产品的成品率和可靠性,是产品制造工艺控制的关键。栅极漏电问题主要由栅氧化层质量、多晶硅栅形貌以及栅极与发射极之间的隔离等问题所致,通常造成栅极短路漏电的原因比较容易发现,但栅极轻微漏电的原因比较复杂,需要通过科学的分析,才能找到问题的根源。通过对典型栅极漏电(栅极间呈现二极管特性)问题的调查,总结了解决问题的思路和方法,对IGBT芯片制造者或器件应用者有一定的参考作用。     

一种双发射极沟槽栅超结IGBT

本文对传统沟槽栅超结IGBT进行了改进,得到一种沟槽栅双发射极超结IGBT,本结构第一个发射极区域和传统IGBT结构一样能够发射电子、接收空穴,在p型柱顶部的第二个发射极区域能够起到空穴分流的作用,在有效地提高器件抑制闩锁的能力的同时,保持了超结IGBT器件的高击穿电压(BVoff)和低关断损耗(Eoss)。仿真显示在VGE=10V的条件下,改进结构的闩锁电流从15000A/cm2 提升至 28300A/cm2,器件的击穿电压为810V,在导通压降为1.2V的条件下,关断损耗为6.5 mJ/cm2。     

高压Trench IGBT的研制

介绍了当前绝缘栅双极晶体管(IGBT)的几种结构及沟槽型IGBT的发展现况,分析了高电压沟槽型非穿通(NPT)IGBT的结构及工艺特点。通过理论分析计算出初步器件的相关参数,再利用ISE仿真软件模拟器件的结构及击穿和导通特性,结合现有沟槽型DMOS工艺流程,确定了器件采用多分压环加多晶场板的复合终端、条状元胞、6μm深度左右沟槽、低浓度背面掺杂分布与小于180μm厚度的器件结构,可以很好地平衡击穿特性与导通特性对器件结构的要求。成功研制出1 200 V沟槽型NPT系列产品,并通过可靠性考核,经过电磁炉应用电路实验,结果表明IGBT器件可稳定工作,满足应用要求。该设计可适合国内半导体生产线商业化生产。     

IGBT关断瞬态电压尖峰影响及抑制

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是一种性能优良的全控型电力电子器件,由于线路和器件内部分布电感的存在,关断时集电极电流的快速变化会感应产生一个较大的电压尖峰从而引起过电压击穿。分析了栅极结电容放电时间常数和拖尾电流对电压尖峰的影响,通过改变栅极驱动电阻和温度可以抑制电压尖峰。分析了电压尖峰引起过压击穿的失效机理以及失效模式,表明IGBT过压击穿引起失效的本质仍然是结温过高引起的热击穿失效。     

一种具有独特导通机理的新型超结IGBT

首次指出了超结IGBT这一新型功率半导体器件独特的导通机理并对其作了详细分析.通过TMAMEDICI仿真验证,超结IGBT耐压能力和正向导通能力都明显优于普通IGBT.并且发现,不同N柱、P柱掺杂浓度下器件的导通模式会在单极输运和双极输运之间相互改变,而这一特性是超结IGBT所独有的.也正是这一特殊的导通机理使得超结I...     

3300V沟槽栅IGBT的衬底材料的优化设计

使用TCAD仿真软件对3 300 V沟槽栅IGBT的静态特性进行了仿真设计.重点研究了衬底材料参数、沟槽结构对器件击穿电压、电场峰值等参数的影响.仿真结果表明,随衬底电阻率增加,击穿电压增加,饱和电压和拐角位置电场峰值无明显变化;随衬底厚度增加,击穿电压增加,饱和电压增加,拐角位置电场峰值降低;随沟槽宽度增加,饱和电压降低,击穿电压和拐角位置电场峰值无明显变化;随沟槽深度增加,饱和电压降低,击穿电压无明显变化,拐角位置电场峰值增加;随沟槽拐角位置半径增加,击穿电压和饱和电压无明显变化,但拐角位置电场峰值减小.选择合适的衬底材料对仿真结果进行实验验证,实验结果与仿真结果相符,制备的IGBT芯片击穿电压为4 128 V,饱和电压约为2.18 V.     

一种应用于电动汽车的双向DC／DC变换器研究

分析和比较了四种非隔离型双向DC／DC变换器的拓扑结构。针对目前广泛使用的混合动力电动汽车存在的环保问题和电池性能问题设计了一种双向DC／DC变换器一两相交错双向DC／DC变换器,论述了其工作原理,并通过一台3000W的样机验证了理论的正确性。     

IGBT在发射机功率开关电路中应用研究

DF100APSM短波发射机在大功率短波台是运用最广泛的机型,IGBT以其驱动简单快速、驱动功率小而饱和压降低的优点,在此机型的功率模块中应用,本文结合实际电路,探讨了IGBT的原理及电路应用及维护,为实际应用中电路的熟悉和维护提供借鉴。