基于SDB技术的新结构PT型IGBT器件研制

报道了基于SDB技术的新结构穿通(PT)型IGBT器件的研制.运用SDB技术,实现了PT型IGBT器件的N+缓冲层的优化设计,也形成了IGBT器件的正斜角终端结构.研制出IGBT器件有较好的电击穿特性和关断特性.     

功率MOS器件的结构与性能

电力电子器件的结构决定其性能,而器件的性能又决定电路的性能。根据此原理,本文分析比较了近十年来十种实用的具有新型的功率MOS器件的结构与性能特点,包括：NPT－IGBT、PT－IGBT、SDB－IGBT、Trench MOSFET、Trench IGBT、Cool MOSFET、BiMOSFET、HV－IGBT、HS－IGBT、RB－IGBT。     

基于Hefner模型的SPT+型IGBT改进通态数学模型

新一代增强平面栅软穿通型(Soft Punch Through+,SPT+)IGBT采用了阴极侧载流子浓度增强技术,降低了通态损耗.现有仿真模型大多是基于典型穿通型(Punch Through,PT)IGBT建立的,无法准确描述SPT+型IG-BT的通态特性.本文在现有PT模型的基础上,结合SPT+型IGBT的结构特点和工作特性,将基区分为PIN区和PNP区两个部分,对阴极侧载流子分布进行优化,提出一种改进的SPT+型IGBT稳态模型.通过新旧模型的仿真波形与实测波形的对比,验证了改进模型的准确性.     

IGBT集电结局域寿命控制的比较与分析

新型的电场终止型绝缘栅双极晶体管(FS-IGBT)改善了传统穿通型(PT)IGBT性能上的不足,但对于1 200 V以下器件需要超薄片加工。为打破加工技术的限制,用简易的厚片工艺实现薄片性能,可以在集电结附近设置载流子局域寿命控制层(LCLC)来改善器件性能。目前有两种方案:将LCLC区置于集电区内形成内透明集电极IGBT(ITC-IGBT);或置于缓冲层内,形成缓冲层局域寿命控制IGBT。对这两种结构的600 V器件结合具体参数进行了仿真和比较。仿真结果表明,两种结构的器件可实现几近相同的折中特性,但当LCLC区位于缓冲层内时,需要更低的局域寿命,且更易发生通态特性的回跳现象,影响器件性能。因此将LCLC区置于集电区,即形成ITC-IGBT结构是一个更好的选择,为探索用厚片工艺制造高性能IGBT提供了必要的参考。     

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。     

高压大功率IGBT元器件开关特性的分析研究

自从IGBT器件出现之后,大量的研究人员对IGBT器件的开关特性进行了大量的研究,以便准确地预测和改善器件的开关瞬态特性.在实际应用中,IGBT器件的开关特性不仅和其物理结构、制作工艺以及工作的原理有着密切的关系,同时和其工作的环境也具有密切的关系.在IGBT器件工作的时候,常常受到驱动电压和电阻以及工作电压、集电极电流等的影响.因此研究工作环境对IGBT器件开关特性的影响,不断地改善其设计来优化其性能,成为研究的重点.论文详尽研究分析了功率器件IGBT的开关特性,对IGBT及其系统的理解、应用具有一定的指导意义.     

硅直接键合(SDB)技术在新型电力电子器件应用中的新进展

综述了硅直接键合（SDB）技术在绝缘栅双极晶体管（IGBT）、静电感应晶闸管（SITH）及MOS控制可关断晶闸管（MTO）等器件中的新应用,说明了SDB技术在新型电力电子器件应用中的新方法和新思路。在此基础上,提出了用SDB技术制作集成门极换流晶闸管（IGCT）和集成门极双晶体管（IGDT）的设想,并给出了相应的工艺方案。     

一种IGBT热阻测试系统的研制

为了解决国内绝缘栅双极型晶体管(IGBT)生产和使用中热阻测试问题,采用电学法的测量原理并与嵌入式技术相结合的方式,设计了一种以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心的IGBT自动测试系统.该系统采用模块化的设计思想,各模块间进行隔离设计,其中14 bit隔离型高速数据采集卡可以快速采集IGBT温度敏感参数的变化,从而使系统可以快速可靠的工作.使用该测试系统对IGBT器件的热特性进行测试,将测试数据与美国生产的Phase1 1热特性分析仪进行对比,测试结果经过修正后误差约为1％.验证了该热阻测试系统可用于测试IGBT器件的热特性,并具有速度快、稳定性好等优点,对我国功率器件的可靠性技术研究具有重要意义.     

3300V逆导型IGBT器件仿真

基于现有仿真平台,设计一款3 300V/50A逆导型绝缘栅双极晶体管器件(逆导型IGBT或RC-IGBT),元胞采用场截止型平面栅结构,元胞设计中采用载流子增强技术(EP),元胞注入采用自对准工艺,背面P型集电极采用透明集电极技术,降低IGBT工作模式下的饱和压降。采用二维数值仿真研究了器件结构及结构参数对器件性能的影响,通过结构参数拉偏,折衷优化IGBT与内集成二极管的性能参数,仿真得到的3 300V/50A逆导型IGBT器件饱和压降为3.4V,二极管导通压降为2.3V,阈值电压为5.6V,击穿电压为4 480V,与相同电压等级的分立IGBT器件和二极管性能相当。     

一种新结构IGBT——内透明集电区IGBT

本文对一种新的IGBT结构——“内透明集电区IGBT”（ITC-IGBT）进行了仿真研究。这种新结构的特点是在用外延片制造的传统的IGBT的P型集电区中距集电结很近的位置设置了一个具有极高过剩载流子复合速率的内部高复合层，同时适当降低高复合层以上P区掺杂浓度。仿真结果表明，无论是穿通型结构（有缓冲层）还是非穿通型结构（无缓冲层）的ITC—IGBT，在器件工作电流范围内都具有饱和电压正温度系数，解决了现有的用外延片制造的PT—IGBT所难以克服的饱和电压负温度系数的缺点，有利于IGBT的并联使用。对于1200V以下的IGBT，该新结构开辟了一种可以避免超薄片操作的简单的制造良好温度性能器件的途径。     

低功耗IGBT(LPL-IGBT)及其仿真

提出了一种新结构的 IGBT,取名为低功耗 IGBT(L PL- IGBT) ,它具有离子注入形成的超薄且轻掺杂的背P型发射区 ,从而具有 NPT- IGBT的优点 ;同时具有由衬底预扩散残留层构成的 n型缓冲层 ,又具有 PT- IGBT的优点 .计算机仿真结果证明 ,它的关断损耗比 PT- IGBT和 NPT- IGBT降低一倍左右 .它的结构比 FSIGBT更适合于实际生产     

IGBT SPICE model

During the last few years, great progress in the development of new power semiconductor devices has been made. The new generation of power semiconductors is capable of conducting more current and blocking higher voltage. The IGBT (insulated gate bipolar transistor) is an outgrowth of power MOSFET technology. More like a MOSFET than a bipolar transistor in structure, the IGBT has some of the electrical characteristics of both. Like a MOSFET, the gate of the IGBT is isolated, and drive power is very low. The on-state conduction voltage of an IGBT is similar to that of a bipolar transistor. However, SPICE users are constantly faced with the inability to analyze circuits that contain devices that are not in the SPICE library of the semiconductor models. With the authors' own computer program, a complete macromodel of the IGBT for the SPICE simulator has been computed. In this paper, a complete IGBT SPICE macromodel is described and verified with experimental results     

新型不带铜底板IGBT功率模块的散热设计

随着16BT芯片功率密度的提高,在中小功率IGBT功率模块中,不带铜底板的IGBT模块已经成为模块封装发展的一个趋势。但是每一种新型结构的功率模块封装都有它的优缺点,新型的不带铜底板的功率模块,它的优点是体积小,重量轻,成本低;缺点是它的散热性能受导热硅脂性能和厚度的影响非常大。本文通过大量仿真及实验数据．详细描述了导热硅脂对不带铜底板模块散热性能的影响,并结合实验数据,介绍了Vincotech公司推出的预涂高性能导热硅脂服务对模块散热的改善效果。     

IGBT技术发展综述

绝缘栅双极晶体管(IGBT)自问世以来,在结构设计、加工工艺和应用开发等方面得到了很大的发展.概述了IGBT的一般结构和发展历史,着重介绍了近年来几个专利技术中IGBT结构设计和制造方面的新进展.特别是宽禁带半导体材料SiC的异军突起,为IGBT技术开辟了一个新的发展空间.     

具有P型浮空区的槽栅IGBT结构

本文提出了一种具有P型浮空层的新型槽栅IGBT结构,它是在之前所提的一种积累层沟道控制的槽栅IGBT(TAC-IGBT)基础之上引入了一浮空P型层。此结构在维持原有TAC-IGBT低的正向导通压降和更大正向偏置安全工作区（FBSOA）的同时,减小了器件的泄漏电流,提高了器件的击穿电压,也使得器件的短路安全工作区大大提高,且制造简单,设计裕度增大。仿真结果表明：对于1200V的IGBT器件,具有P型浮空层的新型槽栅IGBT结构漏电比TAC-IGBT小近一个量级,击穿电压提高近150V。     

Trench gate IGBT structure with floating P region

A new trench gate IGBT structure with a floating P region is proposed,which introduces a floating P region into the trench accumulation layer controlled IGBT(TAC-IGBT).The new structure maintains a low on-state voltage drop and large forward biased safe operating area(FBSOA)of the TAC-IGBT structure while reduces the leakage current and improves the breakdown voltage.In addition,it enlarges the short circuit safe operating area(SCSOA)of the TAC-IGBT,and is simple in fabrication and design.Simulation results indicate that,for IGBT structures with a breakdown voltage of 1200 V, the leakage current of the new trench gate IGBT structure is one order of magnitude lower than the TAC-IGBT structure and the breakdown voltage is 150 V higher than the TAC-IGBT.     

Design of IGBT with integral freewheeling diode

A new power structure integrating a freewheeling diode in the termination region of a punch-through (PT) insulated gate bipolar transistor (IGBT) is presented. The proposed solution requires virtually no silicon area penalty with respect to a standard IGBT. Static and dynamic experimental results show the correct behavior of both IGBT and freewheeling diode. Further, it is shown that the lateral diode surrounding the multicellular IGBT can support IGBT direct current with low on-state voltage drop. The operation mechanisms of the composite structure and design techniques to improve structure dynamic behavior are investigated through two-dimensional numerical device simulations     

一种高性能的新结构IGBT

提出了一种低功率损耗的新结构IGBT.该新结构的创新点在于其复合耐压层结构,该耐压层包括深扩散形成的n型缓冲层和硼注入形成的透明背发射区两部分.虽然在正常工作条件下,该新结构IGBT工作于穿通状态,但器件仍具有非穿通IGBT( NPT- IGBT)的优良特性.该新结构IGBT具有比NPT- IGBT更薄的芯片厚度,从而可以获得更好的通态压降和关断功耗之间的折衷.实验结果表明:与NPT- IGBT相比较,新结构IGBT的功率损耗降低了40     

用于工业的具有高频开关性能的1200V IGBT模块

带有平面门极和场止结构的新型IGBT器件已应用到最新研发的1200V模块上。与沟槽门极IGBT模块降低大约20%的功率损耗。