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IGBT(Insulated-Gated Bipolar Transistor)始终朝着高电压、大电流密度以及高温环境下具有更高的可靠性方向发展,目前电压等级600V,电流能力100A、200A及300A、结温175℃的产品已广泛应用于工况复杂的高频、高压、大电流开关电源装备中,这增加了IGBT出现过温失效的风险。IGBT的另一个重要发展趋势为向集成化方向发展,集成具有过温保护功能的IGBT也是解决过温失效的发展趋势。基于此,本文提出了一款集成温度采样功能的600V/300A的IGBT,其中主功率器件采用增加CS层的Trench-FS结构,该结构热稳定性好、性能高;温度采样器件选用多晶二极管,与IGBT工艺兼容性好,随温度变化的灵敏度高。此外,本次设计还提供了温度采样电路,该电路结构简单,可靠性高,增加了迟滞环节,消除了热振荡。主要研究内容如下:(1)总结目前IGBT发展趋势及实现过温保护功能途径,进行对比,提出集成温度采样器件选用多晶二极管的600V Trench-FS-IGBT结构,分析其结构优点。(2)建立了本结构的工艺制程,工艺上IGBT与多晶二极管实现兼容和器件之间的隔离。制作的600V/300A Trench-FS型IGBT,利用仿真软件进行器件设计,包括IGBT元胞和终端结构设计,最终其击穿电压BV=767V,阈值电压VTH=5.5V,正向导通压降VCE=1.67V且具有正温度系数,集电极-发射极漏电流小于1μA,电流下降时间tf=70ns,关断损耗EOff=13.82m J;制作的多晶硅二极管,利用仿真软件分析其特性,最终其击穿电压BV=10.3V,正向电压降VF=0.627V、温度变化率为-2mV/℃。(3)设计了过温保护电路模块,建立IGBT和多晶二极管的Spice模型,该模型的准确率高;实现了IGBT在170℃过温关断、145℃过温保护自解除,迟滞温度为25℃,且电路的抗干扰能力强。最后根据电流密度和电流能力,制作了版图,其中IGBT有源区面积1.25cm~2,多晶二极管宽度2000μm;多晶硅二极管位于等位环的场氧上,更靠近有源区,在不影响高压器件击穿电压和集电极-发射极漏电流同时,实现了对温度实时准确检测。