基于ITC技术的600V超结IGBT的仿真研究

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IGBT是电力电子系统进行能量控制和转换的重要的开关元器件之一,它的性能好坏直接影响着电力电子系统的转换效率、体积和重量。随着电力电子系统不断朝着大容量、高频化、系统化和低成本的方向发展,IGBT的功耗问题却成为电力系统发展的重要限制因素,因此如何降低IGBT导通功耗及开关功耗成为功率半导体器件行业的研究的重中之重。本论文针对降低IGBT功耗问题提出了一种新型IGBT结构,即基于内透明集电极(Internally Transparent Collector)技术的超结(Super junction)IGBT,简称ITC-SJ IGBT。它是将基于厚片技术的内透明集电区与超结结构有机结合起来,不仅仅显著提高了器件的综合性能,也同时避免了透明集电极对超薄片加工难度大及成品率低的的问题。本论文针对600V ITC-SJ IGBT进行了仿真研究,完成了以下工作:第一:首先分析研究了超结漂移区柱区深度、宽度、柱区掺杂浓度及电荷不平衡等关键参数对ITC-SJ IGBT静态特性的影响。第二:针对超结漂移区,分析研究了柱区深度及掺杂浓度对ITC-SJ IGBT电性能的影响,通过绘制折中曲线及对折中曲线的分析比较,并结合上述参数对静态特性的影响,得到超结漂移区参数的最优值。在上述参数的优化中,ITC-SJIGBT的缓冲层参数及内透明集电区参数与ITC IGBT的优化值完全相同,通过与ITC IGBT的折中曲线做比较,以突出超结结构对IGBT器件性能的改善。结果表明,通态压降为1.7V时,ITC-SJ IGBT的关断损耗较ITC IGBT降低了47%。第三:在取得上述参数优化值的基础上,研究了ITC-SJ IGBT的缓冲层宽度及掺杂浓度对器件电性能的影响,并通过折中曲线的比较对缓冲层宽度及掺杂浓度进行优化,并与NPT IGBT、FS IGBT及ITC IGBT的优化折中曲线做比较。结果表明,ITC-SJ IGBT的折中曲线明显优于NPT IGBT、FS IGBT及ITC IGBT。
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