IGBT的正偏安全工作区的电热行为仿真与分析
发布时间：2021-10-01 04:42
IGBT是一种由MOSFET和双极功率晶体管结合而成的达林顿结构。它既具有MOSFET的输入阻抗高、控制功率小、驱动电路简单、开关速度快的优点,又具有双极功率晶体管的电流密度大、饱和压降低、电流处理能力强的优点,因而被认为是一种可用于需要高压、大电流和高速应用领域的理想功率器件。要满足高压大电流的发展趋势,IGBT器件需要进行模块化。目前,模块电热性能是IGBT进一步发展需要考虑的主要因素,也是目前IGBT模块生产中急待解决的问题。因此,本文对IGBT器件的电热学特性进行了研究。1.使用MEDICI软件对IGBT阈值电压、击穿电压、动态特性等进行仿真。接下来详细介绍一种新型的Fin-p IGBT结构,它会对导通压降和关断损耗的折衷关系进行优化,并对其关断时的载流子的浓度分布及电流分布曲线进行了仿真。2.使用MEDICI软件对温度对IGBT阈值电压、击穿电压、闩锁特性的影响进行了仿真。并详细讨论几种常用的散热措施。3.列举了目前比较常见的能提高IGBT抗闩锁能力的设计方法。并在浮空N掺杂埋层IGBT的基础上,提出了SiO2埋层的IGBT。与浮空N掺杂埋层IGBT相比...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)非穿通型IGBT；(b)穿通型IGBT的基本结构
2N 缓冲层和 N 基区厚度厚 N 基区，不包含N 缓冲层，厚 N-基区承受耐压，提供双向阻断能力。薄 N 基区，包含 N 缓冲层，该 IGBT具有较低的反向阻断能力。3N 基区中的载流子寿命和电导调制效应载流子寿命较长，正向导通压降低。N 基区薄，载流子寿命短，可以提供足够高的电导调制效应。正向压降取决于载流子的寿命，N-基区和P+衬底的注入效率。4阴极掺杂浓度和关断时间P 阳极掺杂较轻，电子电流一部分能从背部电极流出，因此关断时间较短重掺杂集电极，寿命控制技术能较好的控制关断时间。缓冲层使 P+衬底的注入效率降低，使其下降时间和电流拖尾缩短。5 关断损耗关断损耗对温度不敏感关断损失对温度更敏感，并且随着温度的升高而增大。6 热稳定性 热稳定性好 热稳定性较差7 闩锁效应 抗闩锁能力强 抗闩锁能力弱非穿通型 IGBT 和穿通型 IGBT 的掺杂浓度分布曲线如图 2-2 和图 2-3 所示通型 IGBT 的电场可以终止在 N 缓冲层内，在相同耐压下，其有更小的基区，因此它的导通压降更小，关断损耗也更低，导通压降与关断损耗可以取得折中关系。
图 2-3 穿通型 IGBT 的掺杂浓度分布缓冲层的存在，使得穿通型 IGBT 的正向耐压要高于反向耐压，正因为这对称，使得穿通型 IGBT 更适合用于直流电路中，因为在直流电路中其不反向电压。而非穿通型 IGBT 其反向电压与正向电压相等，因此它更加适交流电路中。100200300400非穿通型穿通型JEC(/Acm2)
【参考文献】：
期刊论文
[1]IGBT芯片和IGBT模块封装技术全面蓬勃发展[J]. 江兴. 半导体信息. 2012(02)
[2]大功率IGBT模块封装中的超声引线键合技术[J]. 覃荣震,张泉. 大功率变流技术. 2011(02)
[3]电力电子设备常用散热方式的散热能力分析[J]. 余小玲,冯全科. 变频器世界. 2009(07)
[4]大功率IGBT驱动技术的现状与发展[J]. 甘祥彬,崔杨. 变频器世界. 2007(10)
[5]电子器件冷却技术[J]. 陈登科. 低温物理学报. 2005(03)
[6]IGBT功率器件工作中存在的问题及解决方法[J]. 潘星,刘会金. 电力自动化设备. 2004(09)
[7]新一代碳化硅器件渐入佳境[J]. 张波,李肇基,罗卢扬,张平德,阎飞,方健. 世界产品与技术. 2000(06)
硕士论文
[1]电力电子集成模块微通道液冷基板的数值模拟与优化[D]. 赵怀杰.山东大学 2012
本文编号：3417174
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)非穿通型IGBT；(b)穿通型IGBT的基本结构
2N 缓冲层和 N 基区厚度厚 N 基区，不包含N 缓冲层，厚 N-基区承受耐压，提供双向阻断能力。薄 N 基区，包含 N 缓冲层，该 IGBT具有较低的反向阻断能力。3N 基区中的载流子寿命和电导调制效应载流子寿命较长，正向导通压降低。N 基区薄，载流子寿命短，可以提供足够高的电导调制效应。正向压降取决于载流子的寿命，N-基区和P+衬底的注入效率。4阴极掺杂浓度和关断时间P 阳极掺杂较轻，电子电流一部分能从背部电极流出，因此关断时间较短重掺杂集电极，寿命控制技术能较好的控制关断时间。缓冲层使 P+衬底的注入效率降低，使其下降时间和电流拖尾缩短。5 关断损耗关断损耗对温度不敏感关断损失对温度更敏感，并且随着温度的升高而增大。6 热稳定性 热稳定性好 热稳定性较差7 闩锁效应 抗闩锁能力强 抗闩锁能力弱非穿通型 IGBT 和穿通型 IGBT 的掺杂浓度分布曲线如图 2-2 和图 2-3 所示通型 IGBT 的电场可以终止在 N 缓冲层内，在相同耐压下，其有更小的基区，因此它的导通压降更小，关断损耗也更低，导通压降与关断损耗可以取得折中关系。
图 2-3 穿通型 IGBT 的掺杂浓度分布缓冲层的存在，使得穿通型 IGBT 的正向耐压要高于反向耐压，正因为这对称，使得穿通型 IGBT 更适合用于直流电路中，因为在直流电路中其不反向电压。而非穿通型 IGBT 其反向电压与正向电压相等，因此它更加适交流电路中。100200300400非穿通型穿通型JEC(/Acm2)
【参考文献】：
期刊论文
[1]IGBT芯片和IGBT模块封装技术全面蓬勃发展[J]. 江兴. 半导体信息. 2012(02)
[2]大功率IGBT模块封装中的超声引线键合技术[J]. 覃荣震,张泉. 大功率变流技术. 2011(02)
[3]电力电子设备常用散热方式的散热能力分析[J]. 余小玲,冯全科. 变频器世界. 2009(07)
[4]大功率IGBT驱动技术的现状与发展[J]. 甘祥彬,崔杨. 变频器世界. 2007(10)
[5]电子器件冷却技术[J]. 陈登科. 低温物理学报. 2005(03)
[6]IGBT功率器件工作中存在的问题及解决方法[J]. 潘星,刘会金. 电力自动化设备. 2004(09)
[7]新一代碳化硅器件渐入佳境[J]. 张波,李肇基,罗卢扬,张平德,阎飞,方健. 世界产品与技术. 2000(06)
硕士论文
[1]电力电子集成模块微通道液冷基板的数值模拟与优化[D]. 赵怀杰.山东大学 2012
本文编号：3417174
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