绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称为IGBT)作为高压大功率半导体开关器件,经常在高电压大电流的环境下工作。为保证芯片能够长期稳定高效地安全工作,应使得IGBT芯片内部的电流电压等电学特性参数以及温度分布尽量均匀分布,防止出现因局部温度过高使得器件烧毁,因此有必要对高压IGBT芯片动态过程中芯片内部的电流电压以及温度的分布进行研究。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和角落,而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,芯片内各个原胞不能同时开启或关断,因此IGBT芯片的动态过程中容易存在电流集中现象,尤其当芯片面积较大时,电流集中的现象尤为明显,由此就引出了芯片内的动态过程分布效应问题。本文将围绕IGBT的电学和温度特性研究高压IGBT芯片动态过程分布。本文采用Sentaurus-TCAD仿真软件,对IGBT芯片进行器件结构建模并搭建Spice电路构建带有栅极电阻以及栅极分布电阻的IGBT模型,仿真分析IGBT芯片动态过程中电压、电流以及功率的变化情况。采用ANSYS仿真软件中ICEPAK模块构建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,具体分析结果和结论如下:IGBT芯片在关断以及开通过程中会存在电流集中的现象,电流集中的程度与栅极电阻和栅分布电阻的大小有关。关断过程中电流首先集中现象首先出现在距离栅极驱动电压源较远的元胞处,而开通过程与关断过程相反,电流集中现象首先出现在距离栅极驱动电压源较近的元胞处。IGBT芯片开关过程中的电流集中程度受栅极电阻以及栅分布电阻的影响。当栅极电阻较大时,电流集中程度增加,栅极驱动信号到达各元胞的栅极电压时间越长,IGBT芯片的关断延迟时间越长,关断损耗也越大,但合理的增大栅极电阻的阻值可以有效地改善电压过冲的现象。IGBT芯片在稳态时呈现中心温度高,四周温度低的温度分布,在芯片的纵向方向,芯片表面至铜热沉底部的温度逐渐降低且温度下降速率增加。在IGBT关断过程中,芯片中心位置的元胞功率较大,温度值升高的较高,与IGBT关断过程相反,距离栅驱动信号较近的元胞即芯片四周位置的元胞功率较大,温度值升高的较高。同时随着栅分布电阻的增加,电流集中效应越明显造成IGBT芯片在关断以及开通过程中的表面温度增加,较大的栅分布电阻使得IGBT芯片关断后芯片表面的温差较大,而IGBT芯片开通与关断相反,芯片中心点温升比四周温升小,因此会减小IGBT芯片中心点与四周的温差,有利于IGBT动态过程中的温度均匀分布。综上所述,本文利用仿真结果合理分析了高压IGBT动态过程中电学特性与温度的分布规律,为提高器件的电流以及温度分布的均匀性提供了重要的参考依据。