發(fā)布時間：2017-04-23 19:13

  本文關(guān)鍵詞：大電流IGBT芯片的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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(yīng)用于大功率電機傳動、機車牽引和高壓輸電等領(lǐng)域。而這些領(lǐng)域恰恰是重要物資生產(chǎn)、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(guān)損耗的折衷優(yōu)化,另一方面為調(diào)高器件的可靠性。而軟穿通型IGBT (SPT IGBT)不僅具有較低的導(dǎo)通損耗和通態(tài)壓降,而且具有高短路電流承受能力和極佳的關(guān)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(yīng)用于功率集成電路中。但是由于在關(guān)斷過程中電子和空穴只能通過復(fù)合方式消失,LIGBT的關(guān)斷時間并不理想。陽極短路IGBT (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(guān)斷時間。雖然SA-LIGBT可以得到較為理想的通態(tài)壓降和關(guān)斷時間,但是它在通態(tài)條件下存在逆阻現(xiàn)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(jié)構(gòu)和可靠性以及SA-LIGBT的逆阻效應(yīng)進行了仿真研究和優(yōu)化設(shè)計：1、設(shè)計了3300V,50A的軟穿通型IGBT芯片(SPT IGBT),利用數(shù)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(jié)果表明：優(yōu)化后的器件關(guān)斷時間由8308.5ns降為2505.63ns,關(guān)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(jié)構(gòu),利用數(shù)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(xiàn)象的影響,以及對器件通態(tài)壓降和關(guān)斷速度的影響。研究結(jié)果表明：當(dāng)P型柱體的高度為1μm,寬度為12μm,長度為20μm時,器件的逆阻現(xiàn)象完全消失。新結(jié)構(gòu)LIGBT的通態(tài)壓降為1.61V,關(guān)斷時間為110.3ns。而具有相同結(jié)構(gòu)參數(shù)的傳統(tǒng)LIGBT的通態(tài)壓降為1.56V,關(guān)斷時間為2.33μs。所提的新結(jié)構(gòu)在通態(tài)壓降基本不變的情況下,開關(guān)速度增加了23倍。
【關(guān)鍵詞】：SPT-IGBT 動態(tài)失效 SA-LGBT 逆阻效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN322.8
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-16
• 第1章 緒論16-24
• 1.1 研究背景16-22
• 1.1.1 IGBT概述16-18
• 1.1.2 軟穿通IGBT(SPT IGBT)的介紹及發(fā)展現(xiàn)狀18-21
• 1.1.3 平面型IGBT(LIGBT)的介紹及發(fā)展現(xiàn)狀21-22
• 1.2 本論文的主要工作和創(chuàng)新點22-23
• 1.2.1 本論文主要工作22
• 1.2.2 本論文創(chuàng)新點22-23
• 1.3 本論文組織結(jié)構(gòu)23-24
• 第2章 3300V/50A SPT IGBT的設(shè)計及動態(tài)失效特性研究24-56
• 2.1 仿真原理和方案24-25
• 2.2 仿真軟件介紹25
• 2.3 工藝結(jié)構(gòu)仿真25-26
• 2.4 3300V SPT IGBT的靜態(tài)特性仿真26-30
• 2.4.1 3300V SPT IGBT的器件尺寸26-27
• 2.4.2 3300V SPT IGBT的正向阻斷特性27-28
• 2.4.3 3300V SPT IGBT的閾值電壓特性28-29
• 2.4.4 3300V SPT IGBT的電流特性29
• 2.4.5 本節(jié)小結(jié)29-30
• 2.5 3300V SPT IGBT的電容特性仿真30-31
• 2.6 3300V SPT IGBT的開關(guān)特性仿真31-34
• 2.6.1 仿真模型31-32
• 2.6.2 仿真結(jié)果和分析32-33
• 2.6.3 本節(jié)小結(jié)33-34
• 2.7 3300V SPT IGBT的短路特性仿真34-36
• 2.7.1 短路失效概述34-35
• 2.7.2 短路特性仿真35-36
• 2.7.3 本節(jié)小結(jié)36
• 2.8 3300V SPT IGBT的動態(tài)雪崩特性仿真36-41
• 2.8.1 仿真模型36-37
• 2.8.2 仿真結(jié)果和分析37-41
• 2.8.3 本節(jié)小結(jié)41
• 2.9 3300V SPT IGBT的閂鎖特性仿真41-52
• 2.9.1 閂鎖效應(yīng)概述42-43
• 2.9.2 P阱區(qū)的摻雜濃度對閂鎖特性的影響43-48
• 2.9.3 環(huán)境溫度對閂鎖特性的影響48-50
• 2.9.4 工作電流對閂鎖特性的影響50-51
• 2.9.5 本節(jié)小結(jié)51-52
• 2.10 器件優(yōu)化設(shè)計52-54
• 2.10.1 局域載流子壽命控制概述52
• 2.10.2 仿真結(jié)果和分析52-54
• 2.10.3 本節(jié)小結(jié)54
• 2.11 本章小結(jié)54-56
• 第3章 帶有P型柱體的三維SA-LIGBT新型結(jié)構(gòu)仿真56-65
• 3.1 仿真原理和方案56
• 3.2 仿真軟件介紹56-57
• 3.3 器件結(jié)構(gòu)和理論分析57-59
• 3.4 仿真結(jié)果和討論59-64
• 3.4.1 器件仿真參數(shù)59
• 3.4.2 導(dǎo)通狀態(tài)59-62
• 3.4.3 關(guān)斷狀態(tài)62-64
• 3.5 本章小結(jié)64-65
• 第4章 結(jié)論與展望65-67
• 4.1 結(jié)論65
• 4.2 展望65-67
• 參考文獻67-71
• 碩士期間參與的項目與發(fā)表的論文71-72
• 致謝72

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  本文關(guān)鍵詞：大電流IGBT芯片的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：322899