4 500 V沟槽栅IGBT芯片的设计与研制

为提升IGBT单芯片的电流密度,掌握高压沟槽栅IGBT技术,进行4500 V沟槽栅IGBT芯片的研制。使用TCAD仿真软件,对4500 V沟槽栅IGBT的衬底材料、载流子储存层设计、沟槽宽度、沟槽深度、假栅结构等方面进行研究和仿真分析,明确各方面设计与芯片性能的关系。根据总体设计目标,确定相应的芯片结构和工艺参数,并对4500 V沟槽栅IGBT芯片进行流片验证。验证结果显示：4500 V沟槽栅IGBT芯片的测试结果符合设计预期,芯片的额定电流、导通压降、开通损耗和关断损耗等关键参数相比平面栅IGBT芯片有明显优化。     

750V汽车级IGBT芯片与模块研制

研制了一款新型的750 V精细沟槽绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片,并形成了820 A/750 V S3~+汽车级模块产品。该芯片采用嵌入式发射极沟槽(RET)技术、嵌入式陪栅沟槽(RDT)技术和超薄片加工技术,820 A/750 V S3~+模块总损耗相对于上一代800 A/750 V S1模块产品降低29.6%。同时,该S3~+模块产品具有强健的极限性能,且可实现175℃工作结温,可很好地满足电动/混动汽车的应用需求。     

沟槽栅场终止型IGBT瞬态数学模型

沟槽栅场终止型代表了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的最新结构。由于沟槽栅结构与平面栅结构在基区载流子输运、栅极结电容计算等方面存在较大的不同,沿用平面栅结构的建模方法不可避免会存在较大的偏差。基于对沟槽栅场终止型IGBT结构特点及模型坐标系的分析,考虑载流子二维效应将基区分成PNP和PIN两部分,根据PIN部分的沟槽栅能否被PNP部分的耗尽层覆盖分析了栅极结电容计算方法,提出一种沟槽栅场终止型IGBT瞬态数学模型,并进行仿真与实验验证。     

采用第6代IGBT硅片的IGBT模块

从2007年开始上市的最新NX系列绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)模块,采用统一的封装和功率硅片.其端子和电路结构具有前所未有的灵活性.在NX系列开发的第1阶段,采用的第5代载流子存储式沟槽型双极型晶体管(Carrier Stored Trench Gate Bipolar Transistor,简称CSTBTTM)硅片技术实现了高效性能.介绍在NX系列开发的第2阶段所采用的1.2 kv第6代IGBT硅片技术.新的第6代IGBT模块进一步提高了效率并降低了噪声,从而拓宽了客户的应用范围.     

大功率两单元MPD系列IGBT模块

作为高密度功率半导体器件的领航者,三菱电机采用最新的CSTBTM硅片技术开发出了大功率两单元功率模块,额定值达到900A/1200V、1400A/1200V和1000A/1700V.这种具有独特设计优势的大功率两单元(Mega Power Dual)IGBT模块适用于大功率UPS、风能发电和大功率电动机驱动.介绍了MPD模块的结构特点和电气特性.     

先进IGBT芯片国产化的三个关健问题

尽管第5代IGBT已经成为电力电子行业的主流产品,但是却始终未能实现国产自给,主要原因是核心技术未能实现自主化。本文针对生产第5代IGBT的3项核心技术,即沟槽技术、场截止技术和薄片键合技术分别进行阐述和分析,3项技术的难点分别体现在沟槽形貌控制、深埋层的制备以及键合方式的选择和实施。逐一突破3项技术将为先进IGBT的国产化铺平道路。     

4500 V高压IGBT模块设计与实验研究

针对覆铜陶瓷板(DBC)展开设计,以4500V高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)为研究对象,提出了一种多物理场耦合下的高压封装设计思路.首先得到了DBC结构与三相点处电场强度的关系,并建立了DBC热阻和寄生参数的数学模型,采用Fmincon算法优化DBC结构参数,在保证绝缘及电磁性能基础上尽可能减小DBC带来的热阻.接...     

IGBT高压逆变器的抗干扰原理与设计

简要描述了串联谐振式IGBT全桥逆变器的工作过程，重点分析了系统设计中的干扰与抗干扰原理，尤其针对受干扰危害性最大的IGBT触发电路，介绍了几种行之有效的抗干扰方法。     

平面栅SiC MOSFET设计研究

碳化硅MOSFETs开关速率快,耐压高,在逆变器应用领域前景广阔。平面栅MOSFETs因其成熟的工艺是最先被商业化的器件。在平面栅MOSFETs的设计中,降低导通电阻和提高芯片的电流密度是重要的开发目标。基于自主研制的1 200 V及1 700 V SiC MOSFETs,研究了载流子扩展层技术、JFET注入技术以及元胞结构对器件电学特性的影响。测试结果表明采用方形元胞设计的SiC MOSFET的电流明显大于采用条形元胞设计的电流,JFET注入对阈值电压的影响比载流子扩展层技术更小。     

IGBT模块栅氧老化机理分析与表征方法研究

绝缘栅双极型晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）作为电力电子系统的核心器件,广泛应用于新能源发电、轨道机车牵引、电动汽车驱动以及航空航天等重要领域。栅氧层作为IGBT中相对薄弱的环节,如何准确地预测IGBT栅氧层老化状态成为学术界和工业界的研究热点。首先,分析IGBT栅氧层老化机理以及栅氧层老化对IGBT关断过程的影响,提出关断延迟时间td(off)作为IGBT栅氧层老化状态的状态参数。其次,建立IGBT栅氧层老化仿真模型,并对td(off)表征IGBT栅氧层老化状态进行仿真分析。最后,搭建了双脉冲实验平台,获得了栅氧层老化影响IGBT功率模块相关电气参数的实验结果,并与仿真结果进行了比较验证。实验结果证明td(off)可以有效地表征IGBT栅氧层老化状态。该研究对电力电子器件和装置的运行维护与状态预测具有重要的应用价值。     

2.5kA/1.2kV两单元IGBT模块

介绍一种工业用2.5 kA/1.2 kV两单元IGBT模块.在该大电流器件中,P端到N端的内部连线电感非常小.半导体硅片的巧妙布局有效地提高了模块的散热能力,采用铝底板直接连接绝缘基板来提高热循环能力.对于这种底板面积较大的器件,为了获得更好的底板和散热片之间的热接触.底板被分成几段.2.5 kA/1.2 kV两单元IGBT模块的封装同样适用于1.8 kA/1.7 V两单元IGBT模块.     

IGBT栅极特性与参数提取

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在各种电力电子装置中已得到了广泛的应用,但是长期以来对于其内部参数的提取缺乏有效的手段,从而影响了其仿真模型的应用以及使用水平的提高。本文对IGBT栅极的传统平面结构和新型沟槽结构进行了比较,基于其工作机理与半导体物理方程进行了理论分析和公式推导,在分析现有方法不足的基础上提出了IGBT栅极各个参数提取的一些新方法,并且针对某一型号具体器件在不同工作条件下进行了提取实验,所得到的参数值都具有较好的一致性,同时也证明了该方法的准确性。     

基于载流子抽取模型的Trench Gate/Field-stop IGBT驱动器有源箝位功能分析

针对Trench gate/Field-stop IGBT结构特有的关断过程中集电极电流下降率不可控问题,引入了载流子抽取模型来模拟器件关断过程中的集电极电流下降阶段器件内部载流子的动态行为特性,并以此为基础分析了驱动器为适应Trench gate/Field-Stop IGBT结构这种关断特性而引入的有源箝位功能的作用机理,验证了载流子抽取模型在器件级与电路级交互作用分析中的实用性,为后续实现器件与电路的最佳匹配奠定了基础。     

大功率IGBT栅极驱动电路的研究

在大功率IGBT应用系统中,脉冲变压器隔离的栅极驱动电路由于能得到相对较高的隔离电压,可实现较高开关频率等优点,被广泛应用。在高压大电流IGBT特性分析的基础上,从实践出发对IGBT驱动电路的影响因素做了深入的研究,并探讨了IGBT栅极驱动电路设计注意的几个问题。对很有实际应用价值的脉冲变压器隔离的IGBT栅极驱动电路及其相应芯片进行了分析研究。由此可以更深刻地理解IGBT的驱动电路及其影响因素,这对正确使用IGBT器件及其驱动电路的设计有一定的实用价值。     

基于1ED020I12-FA的IGBT栅极驱动电路应用研究

针对现有栅极驱动芯片M57962L体积大、环境适应性差的问题,经过深入调研,选用1ED020I12-FA栅极驱动芯片代替M57962L。设计基于该芯片的新型功率驱动电路,并对其栅极驱动性能、过流保护、故障恢复、功率消耗等性能进行了试验研究。试验结果表明基于1ED020I12-FA的新型驱动电路具有开关速度快、体积小、功耗低、温度范围宽的优点,可以替代现有驱动电路。     

不断发展中的IGBT技术概述

概述了自IGBT发明以来其主要结构和相应性能的改进,包括芯片集电结附近(下层)结构的改进(透明集电区),耐压层附近(中层)结构的改进(NPT,FS/SPT等)和近表层(上层)结构的改进(沟槽栅结构,注入增强结构等),以及由它们组合成的NPT-IGBT,Trench IGBT,Trenchstop-IGBT,SPT,SPT ,IEGT,HiGT,CSTBT等.     

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。