10KV 4H-SiC IGBT的分析與設(shè)計(jì).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(chǎng)高，熱導(dǎo)率高，載流子飽和速度高等優(yōu)點(diǎn)，是目前功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。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(diǎn)，又具有IGBT易于驅(qū)動(dòng)、控制簡單、導(dǎo)通壓降低、通態(tài)電流大和損耗小的優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)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(tǒng)、高壓直流輸電系統(tǒng)、靜止無功補(bǔ)償器等高壓（≥10k

2、V）大功率領(lǐng)域的理想功率開關(guān)器件之一，具有廣闊的發(fā)展前景。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)Silvaco仿真軟件中 SiC材料參數(shù)和模型的不完善，通過參數(shù)和模型的選取，搭建了SiC IGBT仿真平臺(tái)，仿真平臺(tái)獲得的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好；在此基礎(chǔ)上，開展了具有相似結(jié)構(gòu)參數(shù)的 N型和 P型4H-SiC電流增強(qiáng)型 IGBT（CEL-IGBT）器件的對(duì)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(shù)和更低的遷移率，仿真結(jié)果表明N

3、型4H-SiC CEL-IGBT比P型結(jié)構(gòu)具有更高的擊穿電壓，更低的正向?qū)▔航狄约案觾?yōu)化的正向?qū)▔航岛完P(guān)斷損耗的折中。⑵針對(duì)4H-SiC CEL-IGBT結(jié)構(gòu)的不足，提出了一種具有埋島結(jié)構(gòu)的4H-SiC CEL-IGBT（BICEL-IGBT）新結(jié)構(gòu)，并開展了兩種結(jié)構(gòu)的對(duì)比研究。通過器件參數(shù)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?qū)▔航禐?.53V下，BICEL-IGBT結(jié)構(gòu)的關(guān)