柵控功率器件過渡區(qū)可靠性的研究.pdf

1、目前，柵控功率器件作為主流功率開關(guān)器件被廣泛應(yīng)用于電磁加熱、機(jī)車牽引、智能電網(wǎng)等電力電子領(lǐng)域。而MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）與IGBT（絕緣柵雙極型晶體管）作為柵控功率器件的兩大主流器件，其發(fā)展代表著功率器件發(fā)展的主流方向。然而，隨著柵控功率半導(dǎo)體器件向著更大功率以及更高頻率的方向發(fā)展，對其可靠性也提出了更為苛刻的指標(biāo)和要求。眾多失效模式也在應(yīng)用中凸顯出來，其中一種便是柵控功率器件過渡區(qū)在感性負(fù)載下的過流關(guān)斷失效。為此，

2、本文在國外相關(guān)論文的研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合仿真分析，針對過渡區(qū)過流失效進(jìn)行了更深入的研究，另一目的也是為了引起國內(nèi)相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)對功率器件可靠性研究的重視。
　　本論文工作包含以下幾個方面：
　　1、首先借助TCAD軟件，通過仿真確定了柵控功率器件過渡區(qū)在感性負(fù)載下過流關(guān)斷過程中的熱失效情況。并詳細(xì)討論關(guān)斷過程中過渡區(qū)內(nèi)部的物理參數(shù)如電流、電壓以及溫度的動態(tài)變化情況。
　　2、從器件物理層面揭示過渡區(qū)感性負(fù)載下關(guān)斷過程

3、中過流失效的原因，并分析了過渡區(qū)內(nèi)局部電流聚集引起的溫升以及動態(tài)雪崩等現(xiàn)象。
　　3、在上述基礎(chǔ)之上，提出了過渡區(qū)在過流關(guān)斷過程中的二維熱傳導(dǎo)模型，通過分析得出了過渡區(qū)在溫升上升階段流進(jìn)的電流作恒流處理的思路，從而簡化了對熱模型溫度的求解。
　　4、針對過渡區(qū)局部過熱現(xiàn)象，結(jié)合現(xiàn)有工藝平臺，提出了一款RC-IGBT終端結(jié)構(gòu)方案，經(jīng)優(yōu)化后該結(jié)構(gòu)可以顯著緩解過渡區(qū)局部的電流集中從而有效改善熱應(yīng)力過大的影響，為下一步的流片驗(yàn)證提供