绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)作为高压功率半导体器件经常工作在高压大电流条件下。为保证器件能够长时间安全工作,器件芯片内部的电流与温度应尽可能均匀分布,所以有必要对其芯片内部电流和温度分布的规律进行研究。由于目前大多数半导体工艺下均是以掺杂多晶硅作为导电层来传输栅极电压驱动信号的,而由多晶硅栅形成的分布栅电阻效应就可能造成信号传输延迟,使得距离金属栅焊盘或金属栅汇流条近的元胞会先行导通或关断,引起器件开关过程的电流集中。针对开关过程电流集中的解决方法,目前常见的是通过三种形式的栅汇流条设计,即最密集设计、适当分布设计与无栅指设计。其中,前两者设计原理已通过相关文献资料加以解释,但第三种无栅指设计虽然最容易引发电流集中,但在实际应用中也并未表现出劣势,其内在原因目前尚无详细文献加以解释。因此,本文将从IGBT芯片开关过程电流与温度分布展开,探究无栅指设计合理存在的内在原因。本文基于Sentaurus-TCAD仿真工具,着重对IGBT开关过程电流与温度分布进行仿真研究。为了模拟芯片工作时中央温度高、周边温度低的实际情况,建立了具有分布栅电阻效应的并联4元胞二维模型,并且在必要时可构造一个左右端温差,试图通过开关过程中4元胞结构内部的电流与温度分布变化来体现出实际IGBT芯片中大量元胞的工作过程。结果表明,IGBT关断期间,在合理的栅极电阻范围内,分布栅电阻效应会使得发射极电流在集电极电压上升之前出现均匀——不均匀——再均匀的演变。关断过程电流集中现象出现在距离栅驱动源较远的元胞处,栅极电阻大小会影响电流集中发生时刻和持续时间。同时,IGBT关断过程中电流集中的程度亦受栅极电阻和分布栅电阻影响。栅极电阻较小时,电流集中程度基本不变;栅极电阻较大时,随着栅极电阻增大,电流集中程度会减弱。在合理的栅极电阻范围内,电流集中虽然会引起该区域温度有所上升,但在正常关断情况下,由于电流集中引起的最高温升较低,所以不会影响器件的安全工作区。栅极电阻对器件关断速率有较大影响,栅极电阻越大,关断速率越慢,关断损耗也越大。由于器件长时间连续工作时,芯片中心比边缘散热慢,所以会形成中心温度高边缘温度低的温度分布。在建立一个左右端温差后,仿真表明,关断过程由于关断损耗器件整体温度会有所升高,但中心温度高边缘温度低的温度分布基本不变。另一方面,分布栅电阻在器件开通过程引起的电流集中并不会造成显著危害,反而有利于驱使温度分布均匀化。把这一结果对应到无栅指的栅汇流条设计中,可以推测,虽然该设计方法具有最大的分布栅电阻效应,在器件开关过程容易造成电流集中,但由于电流集中引起的温度梯度的在开通时会发生反转,反而有利于器件整体温度的均匀性。综上所述,本文利用仿真结果结合理论分析对IGBT开关过程电流与温度分布规律进行了分析和探讨,并由此解释了已被实际应用验证的无栅指设计的合理性,为IGBT的相关研发工作提供了重要的参考。