IGBT设计与制程技术的发展

引言 自绝缘闸双极型晶体管（IGBT）于上世纪80年代面世以来,一直成为中等功率应用中最常用的部件“1,2”。IGBT兼具金属氧化物场效应晶体管（MOSFET）的高输入阻抗,以及双极结型晶体管（bipolar junction transistor．BJT）的载流能力,可简化闸极驱动要求,同时增强导通状态性能“3”。     

PWM整流器中IGBT结温特性的研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是风电系统中PWM整流器的核心器件,而结温是影响IGBT使用寿命的主要因素,因此有必要对PWM整流器中IGBT工作状态下的结温特性进行研究。文章详细介绍了IGBT模块结构和SVPWM调制策略,设计了PWM整流器中IGBT测温系统的实验电路,搭建了实验平台。使用光纤对IGBT在工作状态下的结温进行了测量,获得了结温工作曲线,并分析了IGBT结温温升的曲线特征以及变化规律,为整流器中IGBT的可靠性研究提供了依据。     

IGBT的发展现状及应用

介绍了绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）的基本结构，工作原理及其在国内外的发展现状，并阐述了ＩＧＢＴ的独特性能及其在电力电子领域的应用。     

高压IGBT制造技术的最新动向

阐述了当前２．５－４．５ＫＶ高压ＩＧＢＴ的最新制造技术和典型器件结构，认为高压大电流ＩＧＢＴ器件的开发成功将为未来电力电子技术的发展提供新的机遇和挑战。     

IGBT芯片静态输出曲线连续测量方法

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片的静态输出曲线是考核其能量损耗及指导多芯片并联设计的重要指标之一。现有测量IGBT静态输出曲线的方法多采用商用化的功率器件分析仪,然而商业化功率器件分析仪存在价格昂贵、夹具单一的问题。亟需开发一种简单、快速、有效的静态输出曲线测量方法。面向高压IGBT芯片,提出一种新的静态输出曲线连续测量方法及测试电路,有效减小了IGBT芯片的电导调制效应和温升效应对静态输出曲线的影响。通过实时测量动态过程中的电压及电流,可以快速得到IGBT芯片静态输出曲线。通过对比本文连续法与功率器件分析仪的测量结果,证明了所提方法的有效性。     

具有浮空埋层的高压器件新结构和击穿电压模型

提出具有浮空埋层的变掺杂高压器件新结构(BVLD:Variation in lateral doping with floating buriedlayer),建立其击穿电压模型.线性变掺杂漂移区的电场耦合作用使表面电场达到近似理想的均匀分布,n+浮空等电位层与衬底形成新平行平面结,使得纵向电压由常规结构的一个pn结承...     

1700 V精细沟槽栅IGBT器件设计

为了改善绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件关断损耗和导通压降之间的折中关系,同时降低器件制造成本,基于1 700 V电压平台设计了一种采用精细沟槽栅结构的IGBT。采用TCAD软件进行仿真,研究衬底电阻率、衬底厚度、沟槽栅深度、沟槽栅宽度、载流子存储层注入剂量、沟槽栅元胞结构等因素对精细沟槽栅IGBT器件性能参数的影响,确定了最优工艺参数,并对1 700 V精细沟槽栅IGBT芯片进行流片和封装。测试结果显示,相比普通沟槽栅IGBT模块,1 700 V精细沟槽栅IGBT模块在芯片面积减小34.2%的情况下,关断损耗降低了8.6%,导通压降仅升高5.5%,器件性价比得到了优化。     

衬底浮空N 环高压器件新结构与击穿电压模型

提出带有衬底重掺杂N 环的高压器件新结构,称为FR LDMOS。在衬底中引入高掺杂N 环,漏极偏压由环结和漂移区主结分担,降低了主结电场,纵向击穿特性获得显著改善。基于柱坐标Poisson方程,建立击穿电压模型。结果表明：FR LDMOS较常规器件击穿电压提高56%。     

三重扩散型IGBT的计算机模拟分析

本文根据目前国内半导体工艺水平的现状，提出了一种适合我国国情的制作ＩＧＢＴ的工艺方法─—三重扩散法，着重用器件模拟的方法，从理论上分析了三重扩散法在高压ＩＧＢＴ器件制作上的优势和切实可行性，并用实验的结果验证了其正确性．     

高频条件下IGBT驱动电路的设计与仿真

文中对大功率IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)的开关特性、驱动要求进行了分析和讨论,介绍了一种高频条件下实用的IGBT驱动电路,并通过理论分析和仿真波形说明了该驱动电路的有效性和适用性。     

基于电热耦合模型的功率器件结温预测

结温预测对于功率器件的可靠性分析具有重要意义,基于此,提出了一种基于电热耦合模型的功率器件结温预测方法。首先通过Twin Builder软件建立了绝缘栅双极晶体管(IGBT)的行为模型,通过电路仿真的手段获取IGBT的平均功耗为324 W;然后将IGBT的功耗代入有限元仿真模型中得到了IGBT模块温度场分布,最高温度为99.58℃;最后搭建了IGBT模块结温测试平台,将仿真结果与实验数据进行对比,验证温度场计算模型的有效性;并实验对比了IGBT功耗分别为119 W和294 W下的最高结温,得到的温度场计算误差在10%以内,验证了IGBT有限元模型的有效性。     

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。     

一种新颖的600 V浮空埋层结构

提出了一种新颖的低导通电阻600V器件结构。该结构采用了掺杂深槽和分裂浮空埋层结构,可以克服普通分裂浮空埋层结构划片道边缘漏电大的问题,同时仍然保持了普通分裂浮空埋层结构具有的较低导通电阻的优势。数值仿真表明,采用这种结构的600V器件外延层比导通电阻在相同耐压下比理想平行平面结结构小43%,从73.3mΩ·cm2降低到41.7mΩ·cm2。     

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...     

IGBT器件新结构及制造技术的新进展

IGBT是一种新型的功率器件，经过几代重大技术改革，已成为功率器件家族中应用最广泛的成员之一，除了巩固1000V-2000V领域的成功应用继续向更大功率的方向发展外，还在开拓300V-600V范围的应用。本文从研发和生产的角度，阐述IGBT在器件结构优化、工艺制造、器件封装、可靠性方面的最新进展、存在的问题和可能的解决途径。     

IR推出可节省60％马达控制功耗的Trench IGBT器件

International Rectifier日前发布生产600V绝缘栅双极晶体管（IGBT），该器件可降低反相器功耗，最高降幅达60％，在马达控制中的功耗最高为2．5kW。     

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.     

一种部分超结型薄层SOI LIGBT器件的研究

基于介质场增强(ENDIF)理论,提出了一种部分超结型薄硅层SOI横向绝缘栅双极型晶体管(PSJ SOI LIGBT)。分析了漂移区注入剂量和超结区域位置对器件耐压性能的影响,并在工艺流程中结合线性变掺杂技术和超结技术,使该器件实现了高垂直方向耐压和低导通电阻。测试结果表明,该器件的耐压达到816 V,比导通电阻仅为12.5Ω·mm²。