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%.

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。

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。

采用逆阻型IGBT的零电流开关PWM电流源型半桥变换器

电流源型半桥变换器(current-fed half-bridge converter,CFHB)由于变压器漏感的存在引起了开关管关断电压尖峰。为解决这个问题,该文提出一种新的ZCS PWM CFHB变换器,主功率器件选用逆阻型IGBT(RB-IGBT)可以彻底消除主功率管的电压尖峰和有效减小谐振电流峰值。该文详细分析了这种新型变换器的工作原理和特性,并在一个600W的原理样机上进行验证,最后给出试验结果。

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。

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。

带有p型柱体的三维阳极短路LIGBT结构

为了有效消除器件的逆阻现象,提出了一种带有p型柱体的三维阳极短路横向绝缘栅双极型晶体管(SA-LIGBT)结构。p型柱体位于n型缓冲层中,提高了集电极区域的短路电阻,从而使逆阻现象完全消失。另一方面,p型柱体会向漂移区注入更多的空穴,可以增强通态条件下器件的电导调制效应,降低器件的通态压降。利用三维仿真软件Crosslight-APSYS仿真研究了p型柱体的高度、宽度和长度对逆阻现象以及对器件通态压降和关断速度的影响。结果表明,当p型柱体的高度为1μm,宽度为12μm,长度为20μm时,器件的逆阻现象完全消失。通态压降为1.61 V,关断时间为110.3 ns,而传统结构LIGBT的通态压降为1.56 V,关断时间为2.33μs。

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。

基于FPGA的三相IGBT全桥式逆变电路建模仿真

三相绝缘栅双极型晶体管(IGBT)全桥式逆变电路的电子电力建模及仿真在电机驱动领域中被广泛应用,其模型精度及计算效率可直接影响电机控制系统的可靠性。以往研究中大都只采用开通关断两种稳态过程切换,忽略了三相IGBT全桥式逆变电路高频切换过程中的瞬态过程,影响该电路的实时仿真精度。因此,针对电路中IGBT的静态特性与瞬态特性,采用梯形积分法和多段拟合法对电路的稳态过程和瞬态过程进行求解,提出并构建了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的稳态、瞬态双阶段三相IGBT全桥式逆变电路模型。将基于FPGA的稳态、瞬态双阶段三相IGBT全桥式逆变电路模型仿真结果与传统理想模型仿真结果进行波形对比和数据分析,证明该电路模型的准确性。

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。

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。

新型功率半导体器件IGCT的核心技术

在目前的中电压大功率应用领域,占主导地位的功率半导体器件有晶闸管、GTO和IGBT等.这些传统的功率器件在实用方面都存在一些缺陷.ABB半导体公司率先提出了一种新型功率半导体器件-IGCT.它具有大电流、高电压、开关频率高、高可靠性、结构紧凑、低损耗的特点.在性能上明显优于目前广泛使用的GTO和IGBT器件.本文对IGCT器件及其工作原理进行简单介绍,并着重对其四项核心技术:缓冲层,透明阳极,逆导和集成门极技术,以及它们对器件性能的改善进行阐述.

一种复合终端逆阻IGBT数值仿真分析

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)本身不具有反向阻断能力,因此在电路中通常与二极管组合使用。为降低使用成本,减小寄生电感,续流二极管与IGBT通过工艺集成在同一芯片上,由此提出了具有反向阻断能力的逆阻型IGBT。针对常规逆阻IGBT终端面积大的问题,提出了一种改进型复合终端结构,采用双掺杂场限环,在P型场限环旁边引入N型轻掺杂区。改进结构减小了耗尽区横向扩展速率,增强器件可靠性,节省终端面积占用并提高了终端效率。

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。

三相电压型逆变电路在MATALB中的建模与仿真

阐述了三相电压型逆变电路的工作原理,给出其在MATLAB/Simulink中的仿真模型,最后给出了反映系统性能的仿真结果并对其进行了比较分析,对三相电压型逆变电路在实际工程中的应用有很好的借鉴意义。

控制器热仿真分析与试验研究

运用计算流体力学技术对某车型电机集成控制器的流阻进行了仿真分析,并与流阻试验数据进行了比较,符合设计要求,证实运用仿真技术分析冷却水套流阻和内部流场的方法可行。从传热角度仿真分析了集成式控制器的温度场,提取了控制器铝基板、绝缘栅双极型晶体管IGBT、冷却水的温度,并与试验进行比较。

抑制或消除RC-IGBT回跳现象的技术发展概述

逆导型绝缘栅双极型晶体管(RC-IGBT)以其良好的软关断特性、短路特性以及良好的功率循环特性等优点,成为现在半导体功率器件技术领域研究的热点。RC-IGBT在拥有众多优点的同时,最典型的问题就是电压回跳现象,如何抑制或消除器件开启初期固有的回跳现象是RC-IGBT器件领域的技术关键。通过对RC-IGBT领域的国内外专利申请进行整理、分析,具体介绍了解决RC-IGBT器件回跳问题的五个主要技术分支:引导IGBT区法、阻断电子电流法、强化集电极短路电阻法、超结结构法、绝缘分离法,并展示了相应的典型器件结构、工作原理及其技术效果,为完全消除RC-IGBT的回跳现象以提升器件整体性能指明了技术发展方向。