大功率IGBT功耗的研究

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是复合全控型电压驱动式功率半导体器件.为了改善其功耗性能并进行进一步优化,论文在阐述IGBT特性基础上,通过从器件构成和实际应用角度对影响功率器件功耗的主要因素进行分析,并结合实践对IGBT功率器件的功耗进行深入研究,由此可以更深刻地理解IGBT功耗的产生,这对正确选择和使用IGBT器件及其系统有一定的实用价值.     

影响IGBT器件短路能力的一种栅极振荡现象研究

功率器件IGBT由于其优异特性而广泛应用于电机、电焊机和功率开关等领域,是功率器件的主流产品之一。本文首先介绍了IGBT的短路特性及测试方法和条件,分析了栅极异常振荡对IGBT的短路电流的影响,提出了改善IGBT器件短路能力的方法。     

压力对换流阀用压接型IGBT器件功率损耗的影响

功率损耗一直是功率半导体器件应用时备受关注的问题.压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件靠外部压力使内部各个组件保持电气和机械连接,因此压力直接或间接地影响着压接型IGBT器件的功率损耗.将压接型IGBT器件工作时产生的结温作为耦合变量引入,基于此建立了IGBT器件应用于调制脉宽(PWM)换流设备时的功率损耗计算模型,并详细分析了影响功率损耗的各种因素,包括机械压力、开关频率等.以换流阀用3 300 V/1 500 A压接型IGBT器件为例,采用有限元法研究了压力对压接型IGBT器件功率损耗的影响,重点探讨了器件内部各芯片功率损耗的变化情况.结果表明,增加压力一定程度上可以降低压接型IGBT器件的功率损耗,改善器件内部芯片结温分布不均的问题.     

影响IGBT器件短路能力的一种栅极振荡现象研究

功率器件IGBT由于其优异特性而广泛应用于电机、电焊机和功率开关等领域,是功率器件的主流产品之一.本文首先介绍了IGBT的短路特性及测试方法和条件,分析了栅极异常振荡对IGBT的短路电流的影响,提出了改善IGBT器件短路能力的方法.     

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.     

中国IGBT功率半导体器件产业观察

正IGBT是功率器件技术演变的最新产品,是未来功率器件的主流发展方向。IGBT器件是一种MOSFET与双极晶体管复合器件。既有功率MOSFET易于驱动、控制简单、开关频率高的优点,又有功率晶体管的导通电压低、通态电流大、损耗小的优点。基于技术和功能上的优势,IGBT产品可以实现对以往功率     

用于可持续发展的电能变换器应用的功率器件

本文第一部分评论了当前最新的一些关键技术,涉及功率器件的进展和它们对功率变换应用的贡献,重点放在IGBT和智能功率模块技术上。后一部分讨论了功率模块发展的新领域,包括满足未来应用需要的SiC功率器件的前景。     

基于IPM器件的电动车驱动系统

IPM器件是日本三菱公司生产的一种基于先进的IGBT技术的功率器件。本文简要介绍了IPM器件的组成、主要特性以及在电动车驱动系统中的应用。     

大功率半导体器件在兆瓦级风力发电变流器中的应用

本文简单介绍了风力发电技术的发展趋势,以及全功率变流风力发电系统的结构和特点,结合IGBT、IGCT的工作原理和性能,分析了IGBT和IGCT器件在风力发电变流器中的应用,最终得出结论,IGCT凭借其在电压和功率等级、效率、可靠性以及变流器结构设计等方面具有显著的特点和优势,更适合风电变流器的应用要求。     

SiC MOSFET在悬浮控制器中的应用研究

本文将以中低速磁浮列车的悬浮控制器为应用场景,通过选用FF200R12KT4(IGBT)和FF6MR12W2M1＿B11(SiCMOSFET)两款功率器件搭建实验平台,计算分析比较了两种器件在相同工况下运行的功率损耗,并对其进行了仿真验证。随着磁浮车辆对小型化、轻量化、载重能力等需求的提高,研究高效率、高功率密度的功率器件在悬浮控制器中的应用迫在眉睫。与传统的IGBT功率器件相比,碳化硅功率器件具有寄生参数低,器件尺寸小,导通损耗低和工作频率高等优势。在相同工况条件下,碳化硅功率器件功耗低的特点,降低了系统对散热能力的需求,同时降低了系统的整体体积及重量。     

功率器件IGBT槽栅设计尺寸对直流参数影响的研究

IGBT由于其优异特性而广泛应用于电机、电焊机和功率开关等领域,是功率器件的主流产品之一。本文首先简要介绍IGBT及历代器件工艺的发展,提出了一种槽栅IGBT的工艺流程,并研究了其槽栅设计尺寸对器件主要直流参数的影响。     

Trench SJ IGBT 的仿真研究

本文对沟槽型超结绝缘栅双极晶体管(trench SJ IGBT)进行了全面的分析,并通过Sentaurus TCAD仿真软件将其与沟槽型场截止绝缘栅双极晶体管(trench FS IGBT)进行了详尽的对比,仿真结果显示,在相同的条件下与trench FS IGBT 相比,trench SJ IGBT 的击穿电压提高了100 V,饱和导通压降降低了0.2 V,关断损耗减少了50%。最后,文章研究了电荷不平衡对trench SJ IGBT 的动静态参数的影响。对各参数和它们对电荷不平衡的灵敏度之间的折中进行了讨论。     

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.     

Shielding region effects on a trench gate IGBT

In this paper we introduced the shielding region concept in order to relieve the electric field concentrated on the trench bottom corner. The shielded trench gate insulated gate bipolar transistor (IGBT) is a trench gate IGBT with a P+shielding region located in the bottom of a trench gate. By simulation results, we verified that a shielding region reduced the electric fields not only in the gate oxide but also in the P-base region. Compared with conventional trench gate IGBT, about 33% increment of forward breakdown voltages are achieved, but little forward voltage drop, which causes on-state loss to be increased by about 0.06 V in the shielded trench gate IGBT.     

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。     

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。     

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.     

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。     

一种沟槽-场限环复合终端结构的设计

为了改善硅功率器件击穿电压性能以及改善IGBT电流的流动方向,提出了一种沟槽-场限环复合终端结构。分别在主结处引入浮空多晶硅沟槽,在场限环的左侧引入带介质的沟槽,沟槽右侧与场限环左侧横向扩展界面刚好交接。结果表明,这一结构改善了IGBT主结电流丝分布,将一部分电流路径改为纵向流动,改变了碰撞电离路径,在提高主结电势的同时也提高器件终端结构的可靠性;带介质槽的场限环结构进一步缩短了终端长度,其横纵耗尽比为3.79,较传统设计的场限环结构横纵耗尽比减少了1.48%,硅片利用率提高,进而减小芯片面积,节约制造成本。此方法在场限环终端设计中非常有效。     

一种低功耗4H-SiC IGBT的仿真研究

针对传统沟槽栅4H-SiC IGBT关断时间长且关断能量损耗高的问题,文中利用Silvaco TCAD设计并仿真了一种新型沟槽栅4H-SiC IGBT结构。通过在传统沟槽栅4H-SiC IGBT结构基础上进行改进,在N ⁺缓冲层中引入两组高掺杂浓度P区和N区,提高了N ⁺缓冲层施主浓度,折中了器件正向压降与关断能量损耗。在器件关断过程中,N ⁺缓冲层中处于反向偏置状态的PN结对N ^-漂移区中电场分布起到优化作用,加速了N ^-漂移区中电子抽取,在缩短器件关断时间和降低关断能量损耗的同时提升了击穿电压。Silvaco TCAD仿真结果显示,新型沟槽栅4H-SiC IGBT击穿电压为16 kV,在15 kV的耐压设计指标下,关断能量损耗低至4.63 mJ,相比传统结构降低了40.41%。