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。

逆导型IGBT发展概述

逆导型绝缘栅双极型晶体管是一种新型的IGBT器件,它是将IGBT元胞结构以及快恢复二极管(FRD)元胞结构集成在同一个芯片上。逆导型IGBT器件具有小尺寸、高功率密度、低成本、高可靠性等诸多优点,但是逆导型IGBT的电压回跳现象限制了它在实际中的应用。研究了逆导型IGBT器件的结构原理以及回跳现象产生的原因,介绍了引导区结构和背面版图正交布局两种有效抑制回跳现象的方法。通过合理的设计,逆导型IGBT基本上克服了传统的特性缺陷,这将使逆导型IGBT在未来有更为广阔的应用前景。

多单元逆导型IGBT电压回跳现象的抑制策略研究

逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT)在从单极性导通模式切换至双极性导通模式的过程中,存在特有的电压回跳现象,影响了器件的可靠性,增大了开关损耗。此处对RC-IGBT的导通过程进行了详细的理论分析,针对造成电压回跳现象的横向电子电流,使用微元法建立了电流微分模型,提出了一种通过优化器件底面布局来抑制电压回跳的解决策略,并给出了增加并联MOSFET单元数量、适当减小N^+短路区长度、调整N^+短路区位置等具体实施方案。该研究利用Silvaco TCAD仿真软件,结合半导体生产工艺,实现了实物RC-IGBT芯片的无回跳输出特性,有力验证了所提抑制策略的有效性,为RC-IGBT的设计提供了有价值的参考。

3300V逆导型IGBT器件仿真

基于现有仿真平台,设计一款3 300V/50A逆导型绝缘栅双极晶体管器件(逆导型IGBT或RC-IGBT),元胞采用场截止型平面栅结构,元胞设计中采用载流子增强技术(EP),元胞注入采用自对准工艺,背面P型集电极采用透明集电极技术,降低IGBT工作模式下的饱和压降。采用二维数值仿真研究了器件结构及结构参数对器件性能的影响,通过结构参数拉偏,折衷优化IGBT与内集成二极管的性能参数,仿真得到的3 300V/50A逆导型IGBT器件饱和压降为3.4V,二极管导通压降为2.3V,阈值电压为5.6V,击穿电压为4 480V,与相同电压等级的分立IGBT器件和二极管性能相当。

逆导型沟槽FS IGBT的设计与实现

逆导型沟槽场终止绝缘栅双极型晶体管(RC Trench FS IGBT)是一种新型的功率半导体器件,具有成本低、体积小、可靠性高等优点。设计并实现了一款1 200 V逆导型沟槽FS IGBT。重点研究了逆导型绝缘栅门极晶体管(RC IGBT)特有的回扫现象,以及如何从结构设计上消除回扫现象,其次,对RC IGBT在不同的载流子寿命下,进行了开关特性、反向恢复特性的仿真。研究结果发现随着载流子寿命的降低,其开关时间、反向恢复特性都有一定程度的改善。依据器件的最优化设计进行了流片。测试结果验证了不同设计对电流回扫现象的影响,以及不同少子寿命下导通特性和反向恢复特性的变化规律,器件的性能得到优化。

采用逆导型IGBT的新型3A/600V DIP-IPM

三菱电机日前已开发出一种采用新型功率硅片技术的3A/600V超小型双列直插式智能功率模块(IPM),即第4代DIP-IPM。该技术将续流二极管的硅片集成到IGBT硅片上,从而将模块内部的硅片数量减少了一半,使得IPM的可靠性更高,功率密度更大。在此,介绍了这种新技术以及3A/600V第4代DIP-IPM的设计和特性。

逆导型IGBT的发展及其在智能电网中的应用

介绍逆导型绝缘栅双极型晶体管(reverse conducting-insulated gate bipolar transistors,RC-IGBT)的结构与原理、技术发展历程及发展趋势。结合逆导型IGBT电流容量大、成本低、可靠性高等性能特点,分析了其在智能电网中的应用前景。RC-IGBT在低开关频率下具有很大优势,非常适合MMC应用。对于混合直流断路器的应用情况,RC-IGBT技术将使现有压接式模块的开断容量增加一倍。使用逆导型IGBT器件的电力电子装置系统设计更简单、散热装置更简化、装置体积也更小,因此,在智能电网迅速发展的今天,逆导型IGBT器件必将成为坚强智能电网建设的最佳选择。

RC-IGBT型双向直流变换器驱动控制方法

在此研宄了一种逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT)型双向直流变换器的低功耗驱动控制方法,主要包括两个阶段:在快速恢复二极管(FRD)开通阶段采用负电平驱动,取代传统的高电平驱动,降低FRD深度饱和,减少FRD的导通损耗;而在FRD关断阶段通过退饱和控制来降低FRD的饱和程度,减小FRD的关断损耗。同时,为了避免FRD模式下退饱和控制引起IGBT开通死区增大,造成占空比受限,通过对脉冲宽度调制(PWM)进行改进,消除了退饱和控制对死区的影响。实验表明:退饱和控制可以有效地改善RC-IGBT工作于FRD模式时的反向恢复特性,同时所提改进型PWM方法能够保证IGBT驱动信号占空比的有效范围。

氧化槽隔离型RC-IGBT的设计与仿真

提出了一种新型的RC-IGBT器件,相比于常规RC-IGBT,新型的RC-IGBT在集电极侧引入了一个类似于栅极的多晶硅沟槽结构,不同之处是沟槽底部结构没有氧化层将多晶硅与硅体区相隔离,于是可将此重掺杂的多晶硅区作为新型的RC-IGBT的集电极的N+短路区,故称为TO-RC-IGBT(Trench oxide reverse conducting IGBT)。由于集电极P+阳极层与N+短路区之间的氧化层隔离,TO-RC-IGBT并未出现常规RC-IGBT导通时的回跳现象。为了避免产生回跳现象,常规RC-IGBT的元胞宽度通常达数百微米,而TO-RC-IGBT元胞宽度只有20μm,因而TO-RC-IGBT不会出现常规RC-IGBT的反向电流分布不均匀的问题。

回跳现象对RC-IGBT器件功率循环测试的影响

逆导型绝缘栅双极型晶体管(reverse conducting insulated gate bipolar transistor,RC-IGBT)是一种新型IGBT器件,其在IGBT芯片结构中集成了一个快恢复二极管,具有成本低、封装工艺简单、功率密度高、抗浪涌电流能力高等特点,因而备受工业界关注,对其可靠性的要求也越来越高。但是,由于RC-IGBT器件特殊的芯片结构,使得其输出特性曲线上具有回跳现象。而回跳现象是否会对RC-IGBT可靠性的考察产生影响还有待研究。因此文中首先深入分析回跳现象产生的机理,并结合考察器件可靠性最重要的实验——功率循环实验的原理阐述,分析得到回跳现象可能会对功率循环中结温测量、并联分流和功率循环寿命及失效形式3个方面产生影响,并通过设计实验进行论证。实验结果表明,回跳现象会对VCE(T)法进行结温测量产生影响,而对VF(T)法进行结温测量没有影响;通过并联分流实验发现,具有较小回跳电压的器件会在电流流过器件瞬间分得更多的电流,但是其影响时间较短;通过不同导通模式下的功率循环实验对比分析可知,回跳现象对分立器件的功率循环寿命及失效方式没有影响。