4500V注入增强门极晶体管(IEGT)

一、前言 目前特大功率半导体器件有四大类:一是特大功率SCR(晶闸管),2001年初世界水平为7000V/8000A;二是特大功率GTO(可关断晶闸管),2001年初世界商品水平为6000V/3000A;三是特大功率IGBT(绝缘栅极双极晶体管),2001年初世界水平为4500V/1800A;四是IGCT,它是一种特殊结构的GTO(如透明阳极。

注入增强门极晶体管的结构与电特性

介绍东芝公司推出的4.5kV注入增强门极晶体管(IEGT)的结构和电特性。

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。

标准氟离子注入实现增强型GaN基功率器件

介绍了一种直接利用离子注入机对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的栅下进行氟(F)离子注入的方法,成功实现了增强型HEMT器件,阈值电压从耗尽型器件的-2.6 V移动到增强型器件的+1.9 V。研究了注入剂量对器件性能的影响,研究发现随着注入剂量的不断增加,阈值电压不断地正向移动,但由于存在高能F离子的注入损伤,器件的正向栅极漏电随着注入剂量的增加而不断上升,阈值电压正向移动也趋于饱和。因此,提出采用在AlGaN/GaN异质结表面沉积栅介质充当能量吸收层,降低离子注入过程中的损伤,成功实现了阈值电压为+3.3 V,饱和电流密度约为200 mA/mm,同时具有一个较高的开关比109的增强型金属-绝缘层-半导体HEMT(MIS-HEMT)器件。

IEGT——适用于STATCOM的新型大功率开关器件

IEGT(InjectionEnhancedGateTransistor) ,即电子注入增强门极晶体管 ,是东芝公司于 1993年开发出的新一代电力电子器件。它具有通态压降低、门极驱动简单、开关损耗小、串联运行容易等诸多优点。可以确信 ,它将会替代IGBT和GTO ,并广泛应用于大功率电力电子设备 ,特别是FACTS设备。就其基本结构、工作原理和应用范围作了简要的介绍。

新型大功率开关器件IEGT及其特性

介绍了一种新型大功率开关器件IEGT的结构、原理、通态特性、开关特性、开关效率以及有关工艺特点。

IEGT的高温特性与闩锁失效分析(英文)

介绍了平面栅电子注入增强型栅极晶体管(IEGT)的闩锁效应,讨论了温度对关键特性参数如通态压降、正向阻断电压及开关时间的影响。利用ISE软件模拟了IEGT在高温下的导通特性、阻断特性和开关特性,分析了IEGT在高温下的失效原因,提出了改善其高温安全工作区(SOA)的措施。

压接式IEGT寄生电感对其内部并联支路均流特性的影响研究

压接式注入增强门极晶体管(press pack injection enhanced gate transistors,PP-IEGT)通过并联多个芯片增加其额定容量,然而芯片所在空间位置的差异会导致封装内寄生电感的分布不均,引发并联芯片间的电流分布不一致及热分布不均和芯片热失效。为准确分析PP-IEGT封装内寄生电感对并联芯片电流均衡性的影响,文中首先利用串联谐振曲线,提取单芯片子模组、凸台和驱动回路等组件的寄生电感,利用S参数法对测量的电感值进行验证。搭建双脉冲测试平台,结合实验数据和有限元仿真,研究寄生电感对并联芯片电流均衡性和电磁特性的影响。结果表明,寄生电感是影响电流分布的重要因素,驱动回路的寄生参数与距离栅极信号入口的长度成正比。随着PP-IEGT额定容量的增大,并联支路数量的增多,芯片间电参数不均问题更加严重;改变凸台的栅极豁角结构有助于提高电磁参数分布的均衡性。

势垒层注入氢离子的AlGaN/GaN LDD-HEMT设计与仿真

普通结构AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件受漏极高压影响,器件沟道内的电场线在栅电极附近不断汇聚,最终导致AlGaN/GaN HEMT器件提前击穿。为了提高AlGaN/GaN HEMT器件的耐电压能力和沟道电场均匀性,先建立漏极离子轻掺杂(LDD)结构的AlGaN/GaN HEMT模型,在势垒层中引入带负电荷的氟离子会降低沟道内的正极化电荷,形成类似于"栅场板"结构,以增加导通电阻为代价降低栅电极附近沟道内电场峰值。之后在漏极附近势垒层进行氢离子注入,来补偿LDD结构输出特性的损失,并进一步均匀沟道电场分布,提高AlGaN/GaN HEMT器件的耐压特性。最终设计的AlGaN/GaN HEMT器件导通电阻为0. 766 mΩ·cm2,击穿电压为1 176 V。

高压大容量链式STATCOM中IEGT功率模块的仿真分析

为了提高链式STATCOM的运行性能和可靠性,针对用于高压大容量STATCOM链节中的新型大功率器件IEGT功率模块进行仿真研究。依据生产厂家所给的典型IEGT导通特性曲线,采用线性插值方法,分析了工程中设备实际运行温度的IEGT导通特性;建立了IEGT功能模型。根据实际工程设计参数对带有缓冲电路的IEGT功率模块进行了仿真分析,讨论缓冲电路参数变化的影响。结果表明,功率模块缓冲电路中电容和电感参数变化对IEGT关断电压尖峰影响大,电阻增大尖峰的峰值明显增大,而出现尖峰的时间基本不变,这一结果可以作为STATCON工程设计中器件选用和缓冲参数优化设计的参考。

高压大容量静止同步补偿器功率开关器件选用分析

在电力电子装置中,大功率开关器件很大程度上决定设备的技术经济指标。以南方电网35kV/±200Mvar链式静止同步补偿器(STATCOM)工程应用为背景,介绍了电子注入增强门极晶体管(IEGT)的基本结构、工作原理和性能特性分析,并与绝缘栅双极性晶体管(IGBT)与集成门极换向晶闸管(IGCT)的参数进行对比,阐述了基于IEGT的功率相模块结构及工作原理,并对其进行了试验验证。试验结果表明IEGT具有优越性,可作为高压大容量STATCOM功率开关器件的首选。所得结论经南方电网STATCOM实际工程应用验证,可供高压大容量STATCOM设计借鉴。

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。

基于电力电技术的柔性交流传输设备（FACTS）

电力电子技术的发展，尤其是其中关银器件GTO(可关断晶闸管)、LTT(光控晶闸管)及IEGT（电子注入增强门板晶体管)向高电压、大功率方向的迅速发展，出现了一类为适应电力系统向远距离大容量输电而需要对其参数实施快速控制的大功率电力电子设备——柔性交流传输设备(Flexible AC Transmission Systems)，国际简称为FACTS，国内有的翻译为柔性交流输电技术，还有翻译为灵活交流输电系统，尽管其中的静止无功补偿器(SVC）早已出现，但FACTS更广阔的含义最先是由美国电力研究院(EPRI）提出的，它可使输电线路上的负荷接近其内部热极限功率，并能快速响应瞬时扰动，改善整个系统的稳定性。

用于铝板带热连轧机主传动变频器中的纯水循环冷却装置

介绍一种基于电力电子元件IEGT(注射增强型门极晶体管)的变频器中使用的纯水循环冷却装置,主要包括系统工作原理、安装调试以及检查维护方面的实践经验。