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IGBT结构设计特性

2019-04-01 10:29:49

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摘要

功率器件能实现对电能的转换与控制,在智能家电、电力交通、新型能源等一些环保节能领域中,绝缘栅双极晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)是不可或缺的功率器件。它结合了一些其它电力开关半导体器件的优势,成为功率器件市场中强有力的竞争者。IGBT自发明以来一直向着集成化、高功率、低功耗的目标发展。

但因为IGBT本身没有逆向导通的功能,一般大多数实际应用时,会采取反向并联一个续流二极管的措施来起保护IGBT的作用。开始人们想到的是把各自独立制造的IGBT及续流二极管通过外部连线而连接起来。这种直接将二者连接封装的做法不可避免地会引入了寄生电阻、电感等,影响电路性能。但是如果通过工艺把IGBT与二极管集成就大大提高了芯片的功率密度和可靠性同时降低了成本,于是就研究发展出了逆导IGBT(Reverse-Conducting IGBT ,RC-IGBT)。

由于RC-IGBT将IGBT和二极管并入到单片芯片中,提高集成度的同时增强了可靠性,使其迅速成为研究的热点。然而,新的问题也随之而来,如导通状态时存在电压回跳(Voltage snapback)现象,非均匀分布电流导致发热不均等。这些问题制约了RC-IGBT更普遍的应用。

本文所做的工作,首先是介绍了IGBT及RC-IGBT的发展情况,然后介绍了它们的工作原理及相关特性参数;详细研究了RC-IGBT发生电压回跳问题的机理,进行了RC-IGBT的工艺模拟仿真,分析仿真结果,验证了通过增加集电极P+区长度抑制电压回跳的方法。

关键词:功率器件,IGBT,二极管,RC-IGBT,电压回跳

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