肖特基结多数载流子积累新型绝缘栅双极晶体管

绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)是现代功率半导体器件的核心,因其良好的电学特性得到了广泛的应用.本文提出了一种具有肖特基结接触的栅半导体层新型多数载流子积累模式IGBT,并对其进行特性研究和仿真分析.当新型IGBT处于导通状态,栅极施加正向偏压,由于肖特基势垒二极管极低的正向导通压降,使得栅半导体层的电压几乎等于栅极电压,从而能够在漂移区中积累大量的多数载流子电子.除了现有的电子外,这些积累的电子增大了漂移区的电导率,从而显著降低了正向导通压降.因此,打破了传统IGBT正向导通压降受漂移区掺杂浓度的限制.轻掺杂的漂移区可以使新型IGBT具有较高的击穿电压,同时减小了关断过程中器件内部耗尽层电容,因此整体米勒电容减小,提升了关断速度,减小了关断时间和关断损耗.分析结果表明,600 V级别的击穿电压时,新型IGBT的正向导通压降,关断损耗和关断时间相比常规IGBT分别降低了46.2%,52.5%,30%,打破了IGBT中正向导通压降和关断损耗之间的矛盾.此外,新型IGBT具有更高的抗闩锁能力和更大的正偏安全工作区.新型结构的提出满足了未来IGBT器件性能的发展要求,对于功率半导体器件领域具有重大指导意义.

新型载流子积累的逆导型横向绝缘栅双极晶体管

通过引入n^(+)阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管(reverse-conducting lateral insulated gate bipolar transistor,RC-LIGBT)可以实现反向导通,并且优化器件的关断特性,是功率集成电路中一个有竞争力的器件.本文提出了一种新型载流子积累的RC-LIGBT,它具有电子控制栅(electron-controlled gate,EG)和分离短路阳极(separated short-anode,SSA),可以同时实现较低的导通压降和关断损耗.在正向导通状态,漂移区上方的EG结构可以在漂移区的表面积累一个高密度的电子层,从而大大地降低器件的导通压降.同时,SSA结构的使用还极大优化了器件的关断损耗.另外,低掺杂p型漂移区与SSA结构配合,可以简单地实现反向导通并且消除回吸电压.仿真结果表明,所提出的器件具有优秀的导通压降与关断损耗之间的折衷关系,其导通压降为1.16 V,比SSA LIGBT低55%,其关断损耗为0.099 mJ/cm^(2),比SSA LIGBT和常规LIGBT分别低38.5%和94.7%.

高精度固态调制器绝缘栅双极晶体管驱动电路

加法器式固态调制器是一种使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)控制储能电容放电来产生脉冲高压的装置,相比传输线型调制器,具有模块化、稳定性好、寿命长等优势。但IGBT的正常工作需要利用栅极驱动电路将控制信号进行放大才能实现,驱动电路的性能直接影响IGBT的开关特性,最终影响脉冲电压质量,尤其是驱动电路的导通抖动指标,这是影响脉冲电压精度的关键因素之一。根据加法器式固态调制器中IGBT的工作特性,以提高脉冲电压精度为目标,对驱动电路进行研究。分析了开关抖动对输出电压精度的影响,介绍了设计原理,研制了驱动电路板,并利用放电模块对其工作性能进行了实验测试。测试结果表明,该款驱动电路的导通抖动为300 ps,相比1 ns的商用驱动电路抖动压缩至1/3,在1 kV充电电压下,放电模块在0.5Ω的负载上放电,形成上升时间为500 ns、导通抖动峰、峰值在5 ns以下的脉冲电压,当发生退饱和故障时,驱动电路能够在4μs时间内关断IGBT,该款驱动电路满足高精度固态调制器的工作要求。

智能电网用高功率密度1500A/3300V绝缘栅双极晶体管模块

基于双扩散金属氧化物半导体(diffused metal-oxide semiconductor,DMOS)元胞设计技术,针对智能电网的需求,引入"电子注入增强"以及台面栅技术,优化了3 300 V绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)芯片的整体性能。基于该芯片制造出的1 500 A/3 300 V高功率密度IGBT模块,相对于优化前其额定电流从1 200 A上升到了1 500 A(上升了25%),同时导通压降从2.8 V下降到了2.4 V(下降了14%),最高工作结温从125℃提升到150℃。反偏安全工作区(reverse biased safe operation area,RBSOA)与短路安全工作区(short-circuit safe operation area,SCSOA)测试显示,该模块能在集电极电压为2 000 V的情况下关断3 000 A的电流,并且在栅电压为15 V、集电极电压为2 000 V的短路条件下的安全工作时间超过10?s。测试结果显示,该模块导通压降及开关损耗性能与同类型国际主流产品相当。

绝缘栅双极晶体管固体开关技术研究

采用二只1.2kV,75A的绝缘栅双极晶体管(IGBT)串联,对用于加速器的IGBT固体开关技术进行了研究;通过采取动态电压和静态电压平衡措施来解决IGBT串联中的瞬态电压平衡问题。在不同工作条件下,串联IGBT开关工作性能稳定,重复性好。在纯阻性负载上得到了上升时间约300ns、下降时间约1 64μs、峰值电压1.8kV的输出。

大功率绝缘栅双极晶体管模块缓冲电路的多目标优化设计

针对目前根据工程经验来设计缓冲电路所存在的问题,提出了一种缓冲电路的多目标设计方法。该方法在分析关断尖峰电压产生的原因和缓冲电路工作原理的基础上,考虑了市场上可选取的快速二极管的容量限制等因素,以缓冲电路的成本和抑制关断尖峰能力作为目标,利用模糊寻优算法对缓冲电路进行了优化设计。最后,在大功率混合有源滤波系统中,采用该文方法对逆变器的缓冲电路参数进行了设计。实践表明,设计出的缓冲电路具有良好的综合性能。

绝缘栅双极晶体管的设计要点

介绍了绝缘栅双极晶体管(IGBT)的基本结构和工作原理;讨论了IGBT各关键参数和结构设计中需要考虑的主要问题;分析了IGBT设计中需要协调的几对矛盾参数的关系以及影响IGBT可靠性的关键因素。

IGBT绝缘栅双极晶体管发展简述

简述了IGBT的发展概况,对比了国内外的发展现状,及国内外产品的技术特点与指标。同时,还指出了IGBT的优点,研究IGBT的重要性及其发展趋势。

绝缘栅双极晶体管脉冲斩波器的设计与应用

高频脉冲电流加工及光整加工技术能提高零件的加工精度和表面质量。脉冲斩波器的设计是应用该技术的关键所在。介绍了脉冲电源的构成原理及设计思路 ,并采用绝缘栅双极晶体管 (IGBT)设计制造出高频、大电流脉冲斩波器。用所设计的脉冲电源进行了脉冲电化学光整加工实验 ,得到了满意的结果。

组合式绝缘栅双极晶体管的工作原理与特性

提出了一种新型MOS控制晶闸管,即组合式绝缘栅双极晶体管(CIGBT),它通过在公共的n阱和p阱内部串联MOSFET的阴极单元而形成。而n阱和p阱可产生一个特有的自箝位特征,可保证阴极免受任何过电压的冲击,进一步改善了其安全工作范围。仿真实验结果证明,CIGBT可大大改善IGBT的通态特性和开关性能。

绝缘栅双极晶体管串联应用中暂态均压特性

采用金属球隙放电的方式模拟了负载短路时的暂态过程。通过引线自感公式计算法和电路状态分析法估算脉冲放电回路的杂散电感数值,并采用传统RCD均压网络的绝缘栅双极晶体管串联链进行各元件参数差异下的蒙特卡罗仿真分析,发现影响串联链暂态均压特性的关键元件是栅极稳压二极管和动态均压电容。因此为了提高这类拓扑结构的串联链的可靠性,在筛选元件时要尤其注意栅极稳压二极管的限幅保持一致。

绝缘栅双极晶体管驱动模块EXB841的应用

针对绝缘栅双极晶体管(IGBT)的等效电路,阐述了IGBT允许承受的短路时间与饱和压降的关系。分析了功率模块IGBT驱动及保护问题,介绍了驱动模块EXB841的特点及其在应用中存在的问题,并给出了实际应用中的解决方法。通过40kVA、400Hz变频电源的研制应用,可以证明该方法具有很好的性能。

空穴注入控制型横向绝缘栅双极晶体管

提出了空穴注入控制型横向绝缘栅双极晶体管（ Ｃ Ｉ Ｌ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ），它可以有效地控制高压下阳极区空穴注入，提高器件的闭锁电压。通过对阳极区反偏 ｐ＋ ｎ＋ 结击穿电压 Ｂ Ｖ Ｚ、取样电阻 Ｒ Ａ 和阳极区结深的优化，提高了 Ｃ Ｉ Ｌ Ｉ Ｇ Ｂ Ｔ 的抗闭锁能力，降低了其导通压降，并获得了初步实验结果。

绝缘栅双极晶体管(IGBT)充电器的原理及分析

介绍了 IGBT的发展状况以及采用 IGBT为逆变器主元件所组成的充电器 ,并对电路的组成和基本工作原理进行了详细的理论分析 ,且进行了相应的仿真和实验验证 .给出了实验用样机和系统的实验曲线 .该装置具有体积小、重量轻、工作频率高等显著的特点 .实验表明 ,该系统具有良好的输出响应特性 ,并且提高了充电器的效率 .实验结果进一步验证了理论分析和系统方案的正确性 .

高频电容器充电电源绝缘栅双极晶体管吸收电路

高频化是提升电源功率密度的有效方法。为了保护高频电容器充电电源中的开关器件,以串联谐振式电容器充电电源为基础,研究了绝缘栅双极晶体管(IGBT)尖峰电压的产生机理及影响因素。介绍了几种抑制尖峰电压的方法,着重分析了IGBT吸收电路的基本原理,并进行了参数设计。结合仿真软件,对吸收电路的参数进行了优化,将仿真结果和40 kW,50 kHz电容器充电电源样机的实验结果进行对比,验证了提出方案的可行性。

一种可快速关断的新型横向绝缘栅双极晶体管

提出了一种可快速关断的新型横向绝缘栅双极晶体管(LIGBT)。在LIGBT关断时,利用一个集成的PMOS晶体管来短路发射结,以获得短的关断时间。PMOS晶体管由LIGBT驱动,不需要外部驱动电路。新器件在没有带来任何副作用(如snap-back现象和工艺制造上的困难)的情况下,获得了低的导通压降和快的关断速度。数值仿真结果表明,新器件在不增加导通压降的同时,将关断时间从120ns降到12ns。

高速集电极沟槽绝缘栅双极晶体管

在前期高速绝缘栅双极晶体管(IGBT)的基础上提出一种高速集电极沟槽绝缘栅双极晶体管(CT-IGBT)。该器件沟槽集电极与漂移区的内建电势差感应形成电子沟道而加快关断速度,且集电极沟槽具有不同于传统电场截止层(FS)的电场截止机制,并引入低浓度N型层以降低集电极沟槽对空穴注入的抑制作用。硅基材料有限元仿真结果表明,新结构CT-IGBT的关断下降时间比传统沟槽FS-IGBT少49%,且前者耐受的雪崩能量比后者高32%。因此,新结构CT-IGBT具有比FS-IGBT更优越的关断速度和强度,可应用于大功率高速电力电子系统。

微机控制的绝缘栅双极晶体管逆变二氧化碳焊机

阐述了一种额定电流为 4 0 0A、引入了微机控制的新型逆变二氧化碳焊机的研制实施方案 .在对逆变理论和微机控制技术进行研究的基础上 ,采用绝缘栅双极晶体管 (IGBT)作为功率开关器件 ,主电路选择双全桥结构以满足大功率输出的需要 ,并对送丝系统进行了改造 ,以适应微控系统的要求 .控制系统以 80 31单片机为核心 ,应用脉宽调制方式 ,经系统扩展和系统配置构成 ,成功地实现了平特性配合等速送丝 .应用微机控制 ,简化了系统硬件 ,提高了系统的控制性能 ,而且软件设计灵活 ,容易扩展功能 .试验结果表明 ,所研制的焊机工艺性能良好 ,在最佳焊接规范条件下飞溅率基本控制在 3%以下 。

逆阻型绝缘栅双极晶体管研究进展

逆阻型绝缘栅双极型晶体管(RB-IGBT)是一种新型的IGBT器件,它是将IGBT元胞结构与耐高压的二极管元胞结构集成到同一个芯片上。RB-IGBT相比于传统的IGBT串联一个二极管的模式,具有总通态压降低、成本低、总功耗低和电路结构简单等诸多优点。自从被提出以来,RB-IGBT在结构设计和加工工艺方面不断得到改进,其性能不断提升,使得RB-IGBT拥有更为广阔的应用前景。综述了RB-IGBT的发展历程和双向耐压原理,重点阐述了不断改进的RB-IGBT结构和国际上采用的加工工艺。针对热预算、工艺难度和工艺成本等,分析了不同工艺技术的优缺点,重点探讨了工艺的实现方式。对RB-IGBT的发展趋势进行了分析和预测,认为混合隔离技术和漂移区的改进将是下一代RB-IGBT的发展方向。

1200V场终止型绝缘栅双极晶体管的ADE物理建模及参数提取

绝缘栅双极晶体管(IGBT)是微电子学研究的热点之一,而相关电路仿真迫切需要该器件的等效模型.本文提出基于傅里叶解双极扩散方程(ADE)的1200V场终止型IGBT物理模型,通过RC电路等效漂移区载流子分布,精确求解双极扩散方程.该模型针对大功率IGBT的工作原理,采用大注入假设条件,在综合分析场终止层的同时,根据1200V场终止型IGBT的特点考虑漂移区载流子的复合效应.在提取器件模型所需的关键参数后,用实际IG-BT的测量结果对该模型的仿真结果进行了验证,通过分析静态以及关断瞬态特性曲线,仿真与实验数据误差均值小于8%,证明所建模型及参数提取方法的精确度.