IGBT工作特性的理论分析

对绝缘栅双极晶体管（ＧＢＴ）的工作特性进行了理论分析。由于ＩＧＢＴ所含的ＰＮＰ晶体管是宽基区、低增益的，因此在分析其工作特性进用了双极传输理论。在分析瞬态特性进用准静态近似（ＮＱＳ），精确地描述了ＩＧＢＴ的瞬态特性。     

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。     

一种新型非穿通型IGBT

本文介绍了一种新型的非穿通型（ＮＰＴ）绝缘栅双极晶体管（ＩＧＢＴ）。该器件直接基于体硅材料上而没有任何降低寿命的步骤。论证了此器件能兼具低通压降、低开关损耗以及高压能力。与常规ＮＰＴ器件相比，其通态压降与关断损耗间的折衷关系更优越。分析了器件的温度特性及擎住特性。结果表明，这种ＮＰＴ结构的温度特性优良，短路电流能力非常高，无擎住发生。     

大功率半桥IGBT模块的锁定效应研究

研究了模块在开关状态的电流电压行为，观测到半桥阻态ＩＧＢＴ模块在导通瞬间发生了锁定效应，利用扫描电镜技术观察到典型类火山口烧毁，同时报道了试验结果和失效分析结果。     

IGBT驱动器输出性能的计算

今天,绝缘栅双极型晶体管（IGBT）在电力电子领域已经普及,并被用于许多应用中,如变频器、电源和电子驱动器。IGBT具有较高的反向电压（高达6.5 kV）,开关电流最大可达3 kA。除功率模块自身外,电力电子系统中的一个关键组件是IGBT驱动器,它是功率晶体管和控制器之间重要的接口。     

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。     

基于Elman神经网络模型的IGBT寿命预测

建立了Elman神经网络模型来实现绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的寿命预测。分析了IGBT的结构及其失效原因,结合NASA埃姆斯中心的加速热老化试验数据,确定了以集电极-发射极关断电压尖峰峰值作为失效预测依据。利用高斯滤波的方法对试验数据进行预处理,构建了单、多隐层Elman神经网络寿命预测模型,并构建了广义回归神经网络(GRNN)寿命预测模型作为对比模型。采用均方误差、平均绝对误差、最大相对误差作为各模型预测性能的评估指标。结果表明,提出的Elman神经网络模型比GRNN模型有更好的预测效果。二隐层的Elman神经网络模型均方误差为0.202 0%,平均绝对误差为0.387 6%,最大相对误差为3.023 0%,可以更好地实现IGBT寿命的预测。     

650 V IGBT横向变掺杂终端的设计与优化

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)器件的最重要参数之一是击穿电压(Breakdown Voltage, BV),影响IGBT器件BV的因素包括：平面工艺PN结扩散终端、界面电荷、杂质在Si、SiO₂中具有不同分凝系数等。其中影响IGBT器件耐压能力的重要因素是芯片终端结构的设计,终端区耗尽层边界的曲率半径制约了BV的提升,为了能够减少曲率效应和增大BV,可以采取边缘终端技术。通过Sentaurus TCAD计算机仿真软件,采取横向变掺杂(Variable Lateral Doping, VLD)技术,设计了一款650 V IGBT功率器件终端,在VLD区域利用掩膜技术刻蚀掉一定的硅,形成浅凹陷结构。仿真结果表明,这一结构实现了897 V的耐压,终端长度为256μm,与同等耐压水平的场限环终端结构相比,终端长度减小了19.42%,且最大表面电场强度为1.73×10⁵ V/cm,小于硅的临界击穿电场强度(2.5×10⁵ V/cm);能在极大降低芯片面积的同...     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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...     

逆导IGBT实现Snapback-Free所需最小P-emitter长度的理论计算

A physically based equation for predicting required p-emitter length of a snapback-free reverse- conducting insulated gate bipolar transistor （RC-IGBT） with field-stop structure is proposed. The n-buffer resis- tances above the p-emitter region with anode geometries of linear strip, circular and annular type are calculated, and based on this, the minimum p-emitter lengths of those three geometries are given and verified by simulation. It is found that good agreement was achieved between the numerical calculation and simulation results. Moreover, the calculation results show that the annular case needs the shortest p-emitter length for RC-IGBT to be snapback-free.