10KV 4H-SiC IGBT的分析與設計.pdf

1、碳化硅（SiC）作為第三代寬禁帶材料的典型代表，具有禁帶寬度大，臨界擊穿電場高，熱導率高，載流子飽和速度高等優(yōu)點，是目前功率半導體領域的研究熱點。碳化硅絕緣柵雙極晶體管（SiC IGBT）既具有SiC材料阻斷電壓高、耐高溫、抗輻照、工作頻率高的特點，又具有IGBT易于驅動、控制簡單、導通壓降低、通態(tài)電流大和損耗小的優(yōu)點，是應用于固態(tài)變壓器、高壓脈沖電源、高壓逆變器、柔性交流/直流輸電系統、高壓直流輸電系統、靜止無功補償器等高壓（≥10k

2、V）大功率領域的理想功率開關器件之一，具有廣闊的發(fā)展前景。
　　本研究主要內容包括：⑴針對Silvaco仿真軟件中 SiC材料參數和模型的不完善，通過參數和模型的選取，搭建了SiC IGBT仿真平臺，仿真平臺獲得的結果與實驗結果吻合較好；在此基礎上，開展了具有相似結構參數的 N型和 P型4H-SiC電流增強型 IGBT（CEL-IGBT）器件的對比研究。由于SiC材料中空穴比電子具有更高的碰撞電離系數和更低的遷移率，仿真結果表明N

3、型4H-SiC CEL-IGBT比P型結構具有更高的擊穿電壓，更低的正向導通壓降以及更加優(yōu)化的正向導通壓降和關斷損耗的折中。⑵針對4H-SiC CEL-IGBT結構的不足，提出了一種具有埋島結構的4H-SiC CEL-IGBT（BICEL-IGBT）新結構，并開展了兩種結構的對比研究。通過器件參數的仿真優(yōu)化，獲得了耐壓均為15000V的BICEL-IGBT和CEL-IGBT器件，在正向導通壓降為5.53V下，BICEL-IGBT結構的關