双芯GCT动态雪崩机理及其影响因素的研究

发布时间：2024-02-20 02:49

　　动态雪崩是限制功率器件安全工作区(SOA)的关键因素。功率器件在过应力条件下关断时,由于内部自由载流子对电场的调制,动态雪崩发生是不可避免的。本文以4.5kV双芯GCT为研究对象,利用器件仿真软件,研究其动态雪崩的发生机理和电流丝演变机制,分析了影响动态雪崩的关键因素,并提出相应的改善措施。主要研究内容如下:第一,根据双芯GCT的结构特点和关断机理,从理论上分析双芯GCT动态雪崩发生的机理和电流丝产生的原因,指出阳极的空穴注入会促进器件pn结处的动态雪崩。第二,建立双芯GCT的结构模型,通过软件仿真对双芯GCT关断过程中的动态雪崩,以及不同应力条件下电流丝的产生及移动行为进行分析,揭示了双芯GCT动态雪崩发生的机理。结果表明,过电流条件下动态雪崩具有负反馈机制,不会造成器件的损坏;过电压条件下会发生开关自箝位效应,负反馈机制消失,可能导致器件的失效。第三,分析了不同延迟时间及GCTB中不同少子寿命对电流丝的影响机理及对双芯GCT功率损耗的影响,并分析了双芯GCT的关键结构参数(如阳极区掺杂浓度、场阻止层厚度和浓度)对动态雪崩的影响。最后给出了提高双芯GCT抗动态雪崩能力的措施。本文的研...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1二极管内部电流密度的分布

?微分电阻效应的发生，器件内部会出现部分电流密度较小，部分电流集中的现象，称电流集中的区域为电流丝。电流丝的产生使器件在关断过程中，在电流丝处可能出现局部功率密度过高的现象，使器件局部产生很大的温升，导致器件的热击穿。因此，器件内出现的电流集中的现象（即电流丝）可能正是导致器件损....

图1-2包含SSCM的IGBTSOA关断波形

。由于电流丝会不断快速的移动，不会引起器件局部温升而导致的热击穿，因此二级雪崩也被认为是稳定的。第三级，电流丝一直持续到等离子体抽取的最后阶段，此时pn结和nn-结都均发生动态雪崩，阳阴极两侧的动态雪崩会形成正反馈，此时的器件内部电场呈吊床状分布。两侧动态雪崩形成正反馈后，nn-....

图1-3（a）没有结终端二极管的二维电流密度分布图

西安理工大学硕士学位论文4如图1-3所示[18]。并且表明，对于多个均匀分布的电流丝，可以共同分担器件内部的关断电流，因此相较于单个电流丝，器件可以承受更高的电流密度，器件具有更高的可靠性。最后，以JTE（结终端延伸）和斜角终端结构为例，提出通过对JTE结构的注入浓度以及斜角角度....

图1-4关断时不同时刻的电子密度Fig1-4Electrondensityduringturn-offindifferenttime

?升而导致的器件失效，提高器件的可靠性。图1-3（a）没有结终端二极管的二维电流密度分布图（b、c）带有未优化JTE终端结构二极管的三维电流密度、温度分布图Fig1-3(a)The2DdistributionofCurrentdensityinthediodewithoutter....

本文编号：3903725