假栅P区互联对沟槽栅IGBT性能的影响

基于假栅条形元胞设计与200 mm(8英寸)沟槽栅成套关键工艺,成功研制1 700 V沟槽栅IGBT。通过Silvaco仿真与衬板测试,对比研究了假栅P区互联方式对器件的动静态特性与安全工作区的影响。与假栅P区接地方案相比,假栅P区浮空时器件导通与开关损耗更低、RBSOA能力更强。分析了假栅P区互联方式对器件性能的影响机理。器件采用假栅P区浮空方案,结合场截止与载流子存储技术,具有良好的综合性能,已通过各项验证,即将进行应用考核。     

沟槽栅IGBT深槽工艺研究

基于Lam 4420反应离子刻蚀(RIE)设备和Cl2气体开发了适用于沟槽栅IGBT的深槽等离子刻蚀工艺。通过调整HBr、O2和SF6等添加气体含量得到了无底切、底角圆滑、槽壁斜度3°左右、深度6μm的沟槽;通过系统优化气体流量、气压、电极间距和RF功率等工艺参数,得到了5%的硅片内不均匀性,刻蚀速率可达800 nm/min。在完成CF4/Ar刻蚀和牺牲氧化等后续工艺后,槽型得到进一步改善。     

高压IGBT芯片开关过程栅分布效应仿真研究

高压IGBT在导通或关断时是先从栅焊盘处获得驱动信号,然后再依靠多晶硅层通向芯片的各个区域。由于多晶硅层形成的栅分布电阻效应使得芯片内元胞对栅驱动信号的反应时间不同,芯片内各个元胞不能同时开启或关断,因此IGBT芯片在开关过程中容易产生电流集中现象,尤其当芯片面积较大时,电流集中的现象尤为明显,由此引起芯片动态过程分布效应问题。文章围绕IGBT的电学和温度特性研究高压IGBT芯片动态过程分布,对IGBT芯片进行器件结构建模,搭建Spice电路构建带有栅极电阻和栅极分布电阻的IGBT模型,仿真分析IGBT芯片动态过程中电压、电流和功率的变化情况。采用ANSYS仿真软件构建IGBT热仿真模型,仿真分析动态过程分布中电流集中效应给器件表面温度分布带来的影响,为提高器件的电流和温度分布均匀性提供了重要的参考依据。     

轨道交通用750A/6500V高功率密度IGBT模块

通态损耗及开关损耗的降低是高压绝缘栅双极晶体管(IGBT)设计与制造的关键。基于"U"形增强型双扩散金属氧化物半导体(DMOS~+)元胞结构、增强型受控缓冲层(CPT~+)及横向变掺杂集电极(VLDC)技术、横向变掺杂(VLD)终端结构等关键技术,研发了具有低通态损耗的6 500 V平面栅IGBT芯片及其配套快恢复二极管(FRD)芯片。将IGBT及FRD芯片封装成750 A/6 500 V IGBT模块并对其进行测试、试验,其动、静态特性与安全工作区(SOA)性能优良,满足我国高速动车组、大功率机车等轨道交通牵引的应用要求。     

逆导型GCT器件结构分析及制造工艺

逆导型IGCT因采用透明阳极、缓冲层、沟槽隔离和门极硬驱动等半导体新型技术而兼具GTO及IGBT的优点,文章重点分析其结构特点及制造工艺。     

牵引用3300V IGBT芯片均匀性及其对可靠性的影响

为满足轨道交通领域牵引用3300 V IGBT芯片应具有优良的栅极控制特性、较低的通态压降和较宽的安全工作区的要求,对3300 V IGBT芯片工艺进行了深入研究。在工艺控制和关键工艺改进方面采取措施,全面提升了牵引用3300 V IGBT芯片在栅极特性、电压阻断、导通特性和安全工作区等方面的表现,进而大幅度提高了芯片的可靠性。     

计及电热参数更新的高速列车牵引整流器IGBT模块寿命评估

绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为列车变流器的关键部件,其寿命受老化过程中参数变化的影响,为此提出了一种计及电热参数更新的IGBT模块寿命预测方法。首先,利用实车采集到的外部电压、电流数据结合变流器调制策略推导IGBT的驱动信号,进而获得单个IGBT的电压电流;其次,基于数据手册建立Foster热网络模型获取IGBT的结温;之后考虑到实际中IGBT的老化过程,提出一种IGBT结温计算过程中热阻和导通压降的更新策略;最后通过寿命模型对IGBT进行损伤度估算,并通过蒙特卡洛（Monte-Carlo）模拟评估器件寿命计算过程中的不确定性,取得可靠性变化曲线。     

银烧结技术在压接型IGBT器件中的应用

银烧结技术具有低温连接、低热阻、低应力和高熔点等特点,已成为保证绝缘栅双极型晶体管(IGBT)界面连接的可靠性应用技术。文章分析了银烧结技术工艺和引入银烧结技术的压接型IGBT器件结构组成;利用有限元方法对比分析了银烧结子单元和焊接子单元封装的2种压接型IGBT器件热阻差异;通过压降参数、压力均匀性、热阻特性和长周期功率循环界面可靠性这4个维度对比了银烧结IGBT器件和常规焊接IGBT器件的特性差异。实际应用证明,引入银烧结技术的压接型IGBT器件,其可靠性得到了大幅度提升。     

轨道交通用高压IGBT技术特点及其发展趋势

针对轨道交通用高压绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)的应用特点,从芯片和模块两方面对轨道交通用IGBT的技术特点进行了分析。随着IGBT芯片及模块的设计与工艺技术发展,未来轨道交通用IGBT将朝更高功率密度、更高工作温度、更智能及更可靠的方向发展。     

牵引用3300V IGBT/FRD芯片组设计与开发

针对轨道交通绝缘栅双极晶体管(IGBT)的应用特点,利用计算机仿真技术对终端结构进行优化,提高耐压特性;采用台面栅结构,提高开关速度;通过控制载流子注入效率,改善Vceon与Eoff的折中关系,降低芯片损耗;采用先进元胞设计技术,提高芯片短路能力,从而提高芯片可靠性;通过超低阳极掺杂控制阳极注入效率,免除局部寿命控制,降低FRD的反向漏电流。研究开发了3300V IGBT及其配套FRD芯片,满足轨道交通的应用要求。     

轨道交通绝缘栅双极型晶体管模块封装材料的制备技术及其显微组织研究

作为电气系统组件,IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块在轨道交通领域有着广泛应用。封装材料的性能直接影响IGBT模块的使用寿命和稳定性。Al-50%Si合金是IGBT模块较为理想的封装材料。采用粉末冶金结合双向分级热压致密化成型工艺,制备了Al-50%Si合金材料。使用OM、SEM方法(扫描电子显微镜)分析热压态及热处理态合金的显微组织。结果表明,在烧结温度为720℃且保温50 min后,能够获得Si相尺寸与分布控制较好的合金;在热扩散温度为540℃,扩散处理3.5 h后,能够有效熔断纤维状与细针状共晶硅。     

超结IGBT的结构特点及研究进展

随着绝缘栅双极型晶体管(IGBT)技术的发展,目前主流的场截止型结构越来越接近其理论极限。超结被誉为"功率MOS的里程碑",近年来也被引入IGBT以进一步提升器件性能。超结IGBT结合了场截止型IGBT和超结结构的优点,可在更短漂移区长度下实现高耐压和低损耗。然而,作为一种双极型器件,超结IGBT具有与超结MOSFET不同的工作原理。文章从超结原理出发,揭示了超结IGBT的结构特点和工作原理,并对超结IGBT的最新研究进展进行了梳理和概括。     

问与答

答：（1）IGBT（绝缘栅双极型晶体管）是功率MOSFET 技术的派生器件。它结合了双极结型晶体管（BJT）的低导通损耗和功率MOSFET的高开关速度的特点,是一种电压控制型器件。与晶闸管相比，IGBT速度更快，dv/dt抗干扰和栅极关断能力更好。当某些晶闸管例如GTO由门极关断时，要求有反向门极电流，而IGBT关断时，唯一要求的是栅极电容放电。象MOSFET一样，IGBT是跨导器件，只要保持栅极电压在阈值电压电位以上，便能维持IGBT的充分导通状态。在故障情况下，IGBT表现了可靠耐用的特性。当器件处于端子短路或接地状态时，短路…     

针对高功率模块的4500VAmantysPowerDriveTM驱动器进入中国市场

10月22日,Amantys宣布推出一款针对高功率模块的全新绝缘栅双极晶体管（IGBT）栅极驱动器,其工作电压为4500V,额定电流从400～1200A。4500V栅极驱动器可满足电力机车、风力发电机组、高压直流和工业驱动应用不断增长的高压IGBT市场需求。     

具有优化沟槽HiGT结构的3.3kV/1800 A IGBT及其模块优化设计

日立公司开发了具有最高电流等级的3.3k V/1800A IGBT模块,其额定电流等级比现有同尺寸、同电压等级常规产品提高了20%。通过采用优化沟槽Hi GT结构,降低了器件功耗,同时优化了模块的电、热性能设计,降低了热阻以及寄生电感。     

大功率IGBT产业化基地在湖南株洲奠基

2011年5月25日,由南车株洲电力机车研究所有限公司负责具体实施的中国南车大功率IGBT(绝缘栅双极晶体管)产业化基地在湖南省株洲市田心高科技工业园奠基,我国首条8英寸IGBT芯片生产线项目随之启动。这标志着该公司将成为国内唯一掌握IGBT从芯片设计至模块封装到系统应用整套技术并形成完整产业链的企业,也标志着我国IGBT关键技术长期受制于国外公司的局面将由此改变。     

广州地铁增购列车的辅助系统充电机绝缘栅双极型晶体管爆裂故障分析及整改措施

对广州地铁1、2、8号线增购列车在调试工作中发现的辅助系统充电机绝缘栅双极型晶体管(IGBT)爆裂故障原因进行了分析,对充电机控制逻辑及工作原理进行了深入研究。指出了故障原因是充电器控制逻辑有缺陷,并提出了相应的整改措施。     

基于仿生学的高速列车减阻机理数值模拟

鲨鱼皮的盾鳞形沟槽形状是鲨鱼保持高速前行的关键。将鲨鱼皮表面沟槽结构应用到高速列车领域,采用格子Boltzmann方法模拟了盾鳞形沟槽表面对流动阻力的影响,根据模拟结果计算阻力损失系数,并与光滑表面阻力损失系数进行对比分析,得到不同雷诺数下的沟槽表面减阻能力。根据盾鳞形沟槽表面内流线图分析了沟槽的减阻机理。     

牵引级高压IGBT模块短路特性研究及其优化

介绍了IGBT 3种短路类型,通过优化器件的晶体管增益提高第二类短路能力,以承受更大短路电流的冲击,采取驱动电路栅极电压箝位措施来限制短路状态下的过流。经过设计与工艺优化后的高压IGBT成功通过了短路特性试验,满足轨道交通的应用需求。     

IGBT晶体管牵引变频器的发展

介绍了绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的发展,同时概述了大功率 IGBT晶体管的结构、性能特点以及由大功率、高电压IGBT晶体管构成的变频器的结构、工作特性及在城市交通和铁路运输中的应用。