IGBT的电热学特性的研究

《IGBT的电热学特性的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要摘要绝缘栅双极晶体管(InsulateGateBipolarTransistor，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、开关速度高的优点，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

2、特性进行了研究。首先，本文对IGBT器件的结构和工作原理进行了简要的介绍，并给出了该器件工作时闭锁效应的解决方案。在此方案的基础上，提出了一个建立IGBT器件工艺模型的设计方案。在设定的电学参数条件下，来选择合适的掺杂浓度及厚度。利用模拟软件Tsuprem4和Medici对其阈值电压、击穿电压、开启时间和关断时间进行模拟，结果与设定的相关参数吻合得很好。其次，通过解热传导方程，建立了IGBT器件在热稳定状态下的二维温度分布模型。通过此模型，得出了IGBT热阻的计算公式。结合此公式，通过对IGBT器件功率损耗的公式推导，得到此器件的结温公式。在无法测得

3、结温的情况下，给出了一个通过工艺参数确定结温的方法。最后，在热稳定状态下二维温度分布模型的基础上，结合IGBT电学模型，分析了IGBT在热稳定条件下的的临界条件，以及热稳定因子与温度、热阻、栅压、P阱掺杂浓度的关系。模型结果与二维数值模拟软件MEDICI的模拟结果基本一致。关键词：IGBT，热稳定因子，结温，工艺模型AbstractInsulateGateBipolarTransistor(IGBT)isaDarlingtonstructurewhichcomposedbyMOSFETandbipolarpowertransistor．Ithasma

4、nyadvantages．suchasMOSFET’Shighinputimpedance，lowpowergatedrive，simpledrivecircuit，highswitchingspeed，bipolartransistor’Shighcurrentdensitycapability,lowsaturationvoltage，highcurrentprocessingcapability．Anditisanideapowerdevicetomeetthedevelopingtrendofmanyhighvoltage，Kghcurren

5、tandhighswitchspeed．ItisnecessaryofmodularizationforIGBT．Atpresent．electro—thermalbehaviorsofmodulearemainfactorsforthedevelopmentofIGBT．SotheprimaryworkofthisPaperistheresearchofelectro．thermalcharacteristicsofIGBT．Themainresultsweregivenasfollows：Firstly,thestructureandworkin

6、gprincipleofIGBTwaspresented，andthesolutionschemeoflatchupeffectalsowasproposedintheworkingconditionofthedevice．Thenthedesignschemeoftheprocessmodelwasestablished．Theelectricalparametersweresetforchoosingasuitabledopingconcentrationandthickness．Thenthresholdvoltage，breakdownvol

7、tage，turn—ofjFtimeandswitchingtimeweresimulatedusingTsuprem4andMedicisoftware．Theresultswereconsistedwithrelatedparameters．Secondly,thetwo—dimensionaltemperaturedistributionmodelofIGBTinthermalstabilitywasdevelopedbysolvingtheheatdiffusionequation．Thenthecalculationformulaofthe

8、rmalresistancewasgivenbasedonthismodel．ItiSapreconditi