【摘 要】
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绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)作为电力电子系统的核心元件,广泛应用在工业控制、汽车电子以及航空航天等领域。但随着IGBT应用在更高的开关频率以及更复杂的环境中,如何获得开启功耗和电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)噪声之间的优良折衷以此来提高器件的可靠性,成为研究的焦点。为了解决此问题,本文
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绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)作为电力电子系统的核心元件,广泛应用在工业控制、汽车电子以及航空航天等领域。但随着IGBT应用在更高的开关频率以及更复杂的环境中,如何获得开启功耗和电磁干扰(Electromagnetic Interference,EMI)噪声之间的优良折衷以此来提高器件的可靠性,成为研究的焦点。为了解决此问题,本文在不影响器件静态特性和关断特性的基础上,通过在体内引入新电荷层提出了两种具有低EMI噪声的空穴路径绝缘栅双极型晶体管(Hole Path Insulated Gate Bipolar Transistor,HP-IGBT),具体如下:1、提出的第一种结构是低阻空穴路径绝缘栅双极型晶体管(Low Resistance Hole Path Insulated Gate Bipolar Transistor,LR-HP-IGBT),该结构是在紧邻虚栅的浮空P区处引入P+层,P+层和原有的浮空P区形成高低结。在开通过程中,LR-HP-IGBT进一步增强了开启过程中浮空P区空穴的导出,使得HP-IGBT的浮空P区抬升速率由4.59V/μs下降为2.51V/μs,因此LR-HP-IGBT有着更小的EMI噪声。仿真结果表明,在相同开启功耗下,相对于HP-IGBT结构,新结构的d IC/dt的最大值和d VKA/dt的最大值分别下降了37.1%和12.1%;在相同导通压降时,HP-IGBT和LR-HP-IGBT两种结构有着一致的关断功耗。最后通过仿真优化P+层的横向宽度、掺杂浓度、结深分别为0.3μm、5×1019cm-3、1μm。2、提出的第二种结构为ND+-HP-IGBT,该结构是在浮空P区下方且紧邻栅氧处引入ND+层,ND+层和原有的N-drift区形成高低结。在开通过程中新引入的ND+层阻挡了空穴在栅氧附近的积累,相比于HP-IGBT结构,新结构栅氧附近的空穴浓度下降了52.3%,因此ND+-HP-IGBT有着更低的集电极电流过冲和d Ic/dt。仿真结果表明,在相同的开启功耗下,d Ic/dt的最大值和d VKA/dt的最大值分别下降了31.6%和9.21%,而且两种结构有着类似的导通压降和关断功耗折中关系。最后通过仿真优化ND+层的横向宽度、掺杂浓度、结深分别为0.3μm、6×1015cm-3、0.4μm。
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