大電流IGBT芯片的研究.pdf

1、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)作為發(fā)展較為成熟的電力電子器件之一，被廣泛應用于大功率電機傳動、機車牽引和高壓輸電等領域。而這些領域恰恰是重要物資生產、交通運輸和能源利用等要害部門，考慮到IGBT長期高壓大電流的工作模式，以及發(fā)生問題所帶來的嚴重后果，IGBT的研究主要包括兩方面:一方面為追求通態(tài)壓降和開關損耗的折衷優(yōu)化，另一方面為調高器件的可靠性。而軟穿通型IGBT(SPT IGBT)不僅具有較低的導通損耗和通態(tài)壓降，而且具有高短路電流

2、承受能力和極佳的關斷可靠性。
　　平面型絕緣柵雙極型晶體管(LIGBT)由于它的低通態(tài)壓降和高輸入阻抗特性而廣泛應用于功率集成電路中。但是由于在關斷過程中電子和空穴只能通過復合方式消失，LIGBT的關斷時間并不理想。陽極短路LIGBT(SA-LIGBT)通過在集電極引入N型區(qū)域給電子提供了一條有效通路，使得電子可以直接被抽取，從而大大降低了器件的關斷時間。雖然SA-LIGBT可以得到較為理想的通態(tài)壓降和關斷時間，但是它在通態(tài)條件下

3、存在逆阻現象，這大大增加了器件的損耗，降低了系統(tǒng)的可靠性。
　　針對IGBT和SA-LIGBT的這些問題，本論文分別對IGBT器件的結構和可靠性以及SA-LIGBT的逆阻效應進行了仿真研究和優(yōu)化設計:
　　1、設計了3300V，50A的軟穿通型IGBT芯片(SPT IGBT)，利用數值仿真軟件Medici對其動態(tài)失效特性進行了詳細的仿真研究，并且利用局域載流子壽命控制的方法對器件進行優(yōu)化。仿真結果表明:優(yōu)化后的器件關斷時間由

4、8308.5ns降為2505.63ns，關斷速度提升了3.3倍。
　　2、提出了一種帶有P型柱體的三維陽極短路LIGBT結構，利用數值仿真軟件Crosslight-APSYS仿真研究了P型柱體的高度、寬度和長度對逆阻現象的影響，以及對器件通態(tài)壓降和關斷速度的影響。研究結果表明:當P型柱體的高度為1μm，寬度為12μm，長度為20μm時，器件的逆阻現象完全消失。新結構LIGBT的通態(tài)壓降為1.61V，關斷時間為110.3ns。而具有