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%.

550 V无电压折回逆导型横向绝缘栅双极晶体管器件设计

逆导型横向绝缘栅双极晶体管(RC-LIGBT)由于高电流密度、小封装成本等优点,成为了功率器件领域内主流器件之一,然而其会受到电压折回现象的不利影响。本文提出了一种基于绝缘体上硅技术的RCLIGBT器件,将续流二极管集成在位于埋氧层下的衬底,利用埋氧层的隔离特性实现了IGBT与续流二极管之间的电学隔离,进而实现了完全消除电压折回现象。仿真结果显示:在几乎相同的耐压和反向导通能力下,由于更小的器件尺寸,本文提出的器件获得了更高的电流密度;本文器件的导通压降与关断损耗分别相比于传统器件降低14.4%和62.2%,实现了更好的导通压降与关断损耗的折中。

绝缘栅双极型晶体管的研究进展

作为一种新型的功率半导体器件,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以其优越的性能,成为中高功率电力电子领域的主流功率开关器件,被广泛应用于智能电网、新能源、高速铁路、工业控制、汽车电子、家电产品、消费电子等领域。概述了IGBT的演变历程以及主要技术发展,同时对我国IGBT的发展现状进行了分析。

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。

电力电子器件知识讲座(七) 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)(一)

电力电子器件是半导体功率器件的总称,是构成电力电子设备的基础,是从事电力电子器件设计、研发、生产、营销和应用人员以及电源技术工作者应该熟悉的内容。本刊从今年4月份开始以"电力电子器件知识"为题开展讲座,以满足广大读者增长知识和用好这些器件的需求。欢迎厂家及用户的工程师们撰稿,并望提出宝贵意见。

电力电子器件知识讲座(十一) 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)(五)

电力电子器件是半导体功率器件的总称,是构成电力电子设备的基础,是从事电力电子器件设计、研发、生产、营销和应用人员以及电源技术工作者应该熟悉的内容。本刊从去年4月份开始以"电力电子器件知识"为题开展讲座,以满足广大读者增长知识和用好这些器件的需求。欢迎厂家及用户的工程师们撰稿,并望提出宝贵意见。

电力电子器件知识讲座(八) 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)(二)

电力电子器件是半导体功率器件的总称,是构成电力电子设备的基础,是从事电力电子器件设计、研发、生产、营销和应用人员以及电源技术工作者应该熟悉的内容。本刊从今年4月份开始以"电力电子器件知识"为题开展讲座,以满足广大读者增长知识和用好这些器件的需求。欢迎厂家及用户的工程师们撰稿,并望提出宝贵意见。

电力电子器件知识讲座(九) 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)(三)

电力电子器件是半导体功率器件的总称,是构成电力电子设备的基础,是从事电力电子器件设计、研发、生产、营销和应用人员以及电源技术工作者应该熟悉的内容。本刊从今年4月份开始以"电力电子器件知识"为题开展讲座,以满足广大读者增长知识和用好这些器件的需求。欢迎厂家及用户的工程师们撰稿,并望提出宝贵意见。

电力电子器件知识讲座(十) 绝缘栅双极型晶体管(IGBT)(四)

电力电子器件是半导体功率器件的总称,是构成电力电子设备的基础,是从事电力电子器件设计、研发、生产、营销和应用人员以及电源技术工作者应该熟悉的内容。本刊从去年4月份开始以"电力电子器件知识"为题开展讲座,以满足广大读者增长知识和用好这些器件的需求。欢迎厂家及用户的工程师们撰稿,并望提出宝贵意见。

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的现状及其发展对策探讨

电力电子技术经历了四十年的发展,现在已经成为基础技术之一.它已经从原来的一般工业应用,逐步发展到四个重要的新兴领域,即所谓四个"C":Computer(电脑),Communication(通信),Consumer(消费类电器),Car(汽车).

绝缘栅双极型晶体管——IGBT

IGBT兼具MOSFET管电压激励和达林顿管饱和电压低的特点,作为一种新型的大功率器件在逆变焊机,三相马达变频器,开关电源、UPS电源方面获得广泛的应用。本文阐述了IGBT的特点,并与MOSFET进行详细的比较,最后就IGBT在开关电源中运用的可能性进行了论述。IGBT的特征IGBT是既具有MOSFET的高速和电压驱动特性,又具有双极晶体管饱和电压低的高压大功率器件。1985年,第1代IGBT为500V25A级。第二年又开发出耐压1000V的产品,开始用于低噪音变换器。

压接型IGBT器件短路失效管壳爆炸特性及防护方法

压接型绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)作为现有柔性直流输电设备的核心部件,在实际应用中,由于承受高电压、大电流的工作环境,容易发生短路过流失效,进而造成的结构爆炸现象。为研究这一爆炸现象的破坏效应及其防护,该文结合多组模拟模块化多电平工况实验,得到IGBT器件短路过流失效爆炸后外壳结构的变形特征。结合电气能量特性的分析和实际爆炸失效形貌特点,建立该IGBT器件结构的数值仿真模型,初步确定实际爆炸过程中的等效TNT爆炸当量。在此基础上,从提高结构自身抗爆能力、增加能量外泄通道、替换结构材料等角度开展IGBT器件的结构优化设计,并进行相关试验验证。结果表明,将管壳的陶瓷材料替换为纤维增强复合材料可有效提高结构的防爆性能,降低器件的破坏程度。

具有表面超结的横向绝缘栅双极晶体管研究

提出了一种基于体硅的表面超结横向绝缘栅双极晶体管(SSJ LIGBT)。分析了工艺参数注入剂量和注入能量对器件性能的影响,基于耐压需求的考虑,设计并优化了SSJ LIGBT器件及其终端。对该SSJ LIGBT进行了击穿特性、输出特性和转移特性的测试。测试结果表明,该SSJ LIGBT的耐压达到693 V,比导通电阻仅为6.45Ω·mm~2。

压接型IGBT器件绝缘研究：问题与方法

按绝缘失效模式,将压接型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的绝缘问题分为漏电和放电问题。借鉴电力电子学科研究范式,提出从绝缘测试、物理分析和可靠设计3个维度进行压接型IGBT器件绝缘研究的方法。同时,分别从这3个维度对压接型IGBT器件绝缘研究现状进行分析。最后,根据绝缘测试要求和物理分析参数,给出压接型IGBT器件绝缘优值,为压接型IGBT器件绝缘可靠设计提供了量化指标。

压接型IGBT内部栅极电压一致性影响因素及调控方法

压接型绝缘栅双极晶体管(IGBT)的驱动印制电路板(PCB)寄生参数不一致会引起瞬态过程中内部IGBT芯片栅极电压不一致,芯片不能同时开通,造成芯片的瞬态不均流。结合压接型IGBT驱动PCB结构及运行工况,建立了包含驱动源、芯片模型、驱动PCB的一体化电路模型,分析了栅极内电阻、栅射极电容以及驱动电阻对驱动电压一致性的影响。在此基础上提出了驱动PCB电感匹配、并联芯片数匹配以及集中电阻补偿的驱动PCB的调控方法,以实现对栅极电压一致性的有效调控。研究表明驱动电阻是造成芯片栅极电压不一致的主要因素。利用上述调控方法可将芯片开通时间的不均衡度由79.2%分别降低至2.86%、7.1%和7.5%,实验验证了所提出的驱动PCB调控方法的有效性。

压接型IGBT器件封装内部多物理场耦合问题研究概述

压接型绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolar transistor,IGBT)器件相对传统焊接式IGBT模块而言具有功率密度大、可靠性高、易于串联和失效短路等优点,现已逐步应用到高压直流输电等高压大功率应用场合。在压接型IGBT器件中,各组件通过外施压力堆叠在一起形成电学和热学接触,内部除温度场和电磁场外,还需考虑应力场的作用,各场通过耦合变量形成联系,构成了一个复杂、非线性的多物理场耦合问题,给建模与计算带来了巨大挑战。该文对近年来国内外压接型IGBT器件多物理场耦合问题的研究现状进行综述,建立多物理场问题的数学描述,并梳理考虑多子模组相互作用的耦合关系,提炼多物理场耦合问题中的难点,即耦合关系的建模及对比分析、多物理场耦合问题的准确描述与简化及多物理场耦合算法的改善等。文中针对这些难点,在总结现有研究成果的基础上,指出今后需要深入研究的重点问题,借鉴相关领域研究成果,给出可能的解决方案。

基于多层级模拟的压接型IGBT器件短路失效机理分析

压接型绝缘栅双极晶体管(press pack insulated gate bipolar transistor,PP-IGBT)器件具有功率密度高、短路失效等优势,已被广泛应用于柔性直流输电换流阀中。现有压接型IGBT器件短路失效研究主要基于宏观测试结果,难以揭示由微观材料失效诱发器件短路失效的机理,该文基于圧接型IGBT器件短路测试结果,提出压接型IGBT器件短路失效机理的多层级模拟方法。首先,搭建短路冲击实验平台,基于短路实验获取失效发生条件与失效芯片;其次,建立压接型IGBT宏观器件——介观元胞模型,研究圧接型IGBT器件短路失效时器件–元胞复合应力变化规律;最后,建立微观元胞铝–硅界面分子动力学模型,分析短路失效发生条件,揭示短路失效机理,并提出芯片失效部位相对概率分布。结果表明,短路工况下芯片靠近栅极的有源区边角是最容易发生失效的薄弱区域,铝、硅材料失效是导致压接型IGBT器件短路失效的直接原因。

压接型IGBT芯片的参数分散性对其并联时关断均流的影响

压接型绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)的多芯片并联关断期间会出现严重的不均流现象,直接影响到器件的关断可靠性。文中重点研究压接型IGBT芯片参数对其并联时关断均流的影响,首先,根据IGBT单芯片的关断机理和波形,分析芯片参数对IGBT单芯片关断各个阶段内集电极电流变化的影响规律;其次,定义多芯片并联关断波形中出现的第一类及第二类电流竞争峰谷,建立针对第一类电流竞争峰谷的随机分布模型,获得芯片参数以及并联数目对关断均流的影响规律,通过并联双芯片的双脉冲实验,验证所得规律的有效性;最后,结合分析结果提出阈值电压与饱和压降的相互补偿以及保持阈值电压差与跨导差异号等芯片筛选建议。研究成果可以为并联压接型IGBT芯片的参数筛选工作提供指导。

大容量全控型压接式IGBT和IGCT器件对比分析:原理、结构、特性和应用

全控型压接式器件是大容量电力电子装备实现功率转换的核心,主要包括以集成门极换流晶闸管(integratedgate commutatedthyristor,IGCT)为代表的晶闸管类器件和以绝缘栅型双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)、注入增强栅极晶体管(injection enhanced gate transistor,IEGT)为代表的晶体管类器件。文中首先介绍并比较IGCT与IGBT(含IEGT)的芯片结构及制作工艺,然后分析对比IGCT与IGBT(含IEGT)的工作原理及封装形式。接着从工作频率、关断能力、动态耐受、器件容量、工作损耗、驱动功率、管壳防爆特性、失效短路特性、器件可靠性等9个角度出发,系统性分析不同全控型压接式器件的工作特性,最后对其应用现状及前景进行概述及展望。

高关断能力压接型IGBT器件研制

直流断路器是高压直流输电系统换流站的主要电气设备之一。作为直流断路器中关键部件,压接型IGBT(insulated gate bipolar transistor)的电学性能及可靠性尤为重要。基于直流断路器的特性需求,开发出一款具有高关断能力的3 300 V压接式IGBT芯片。该芯片具有良好的开关特性、短路特性及坚固性,可通过8倍额定电流关断测试,且与自主研制的FRD芯片有良好的匹配性;基于此芯片研制的高关断压接型IGBT模块已通过仿工况关断能力测试。