FS-、IGBT器件的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)由于具有開(kāi)關(guān)速度快、功率損耗低、電流密度高以及易于控制和驅(qū)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。FS-IGBT作為其中一種廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)有著諸多優(yōu)良的特性，國(guó)內(nèi)尚處于試制階段，對(duì)該器件設(shè)計(jì)與仿真具有重要的意義。
　　本文分析了FS-IGBT的基本工作原理，闡述了器件通態(tài)壓降、擊穿電壓、關(guān)斷時(shí)間的基本分析表達(dá)式，揭示了影響器件特性的參數(shù)。利用Tsuprem4和Medici軟件模擬了柵長(zhǎng)、緩沖層注入劑量

2、、JFET注入劑量等參數(shù)對(duì)器件特性的影響，確定了柵長(zhǎng)、緩沖層注入劑量、JFET注入劑量的優(yōu)化范圍。此外，本文對(duì)場(chǎng)限環(huán)、終端延伸結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析比較。
　　針對(duì)器件的可靠性，本文分析了閂鎖效應(yīng)、短路特性、溫度特性與器件結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。為提高器件的抗閂鎖能力，本文采用了薄柵氧、淺P+注入、鎮(zhèn)流電阻結(jié)構(gòu)，針對(duì)有源區(qū)和終端區(qū)結(jié)合部分易于電流集中的特點(diǎn)，本文對(duì)結(jié)合區(qū)結(jié)構(gòu)做了適當(dāng)調(diào)整，仿真驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)采取這些措施后器件閂鎖效應(yīng)得到了很好的抑制。

3、對(duì)于器件的短路特性，分析了短路時(shí)間與柵長(zhǎng)、集電極電壓和N+緩沖層注入劑量之間的關(guān)系，為提高短路時(shí)間提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。對(duì)于器件的溫度特性，分析了通態(tài)壓降、閂鎖電流密度隨溫度的變化，仿真顯示器件的通態(tài)壓降正溫度系數(shù)范圍較寬，在較高的溫度下器件仍具有較好的抗閂鎖能力。
　　在前面模擬分析的基礎(chǔ)上，考慮各電學(xué)參數(shù)之間的折中關(guān)系，本文完成了1200V/15A FS-IGBT的設(shè)計(jì)，確定了器件結(jié)構(gòu)尺寸及離子注入劑量等參數(shù)。通過(guò)軟件模擬驗(yàn)證，器件