高di/dt的IGBT的分析与设计

作     者：顾鸿鸣 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李泽宏

授予年度：2014年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：绝缘栅双极型晶体管 电流变化率 汽车点火 非钳位感性负载开关 发射极镇流电阻 

摘      要：随着我国经济的快速增长,工业水平的逐步提高,在国家政策的支持下,半导体行业特别是电力电子技术得到了迅猛发展。其中,绝缘栅双极型晶体管(IGBT)以其独特的优势,在功率半导体领域快速发展。并且IGBT越来越趋向于小型化、智能化。但是,目前IGBT的市场特别是消费类电子产品,如汽车电子等,完全被国外半导体公司所垄断。我国急需加快研究步伐,缩短差距。本文基于与国内某半导体公司的合作项目,研究一种具有高电流变化率(di/dt)控制能力的IGBT,它主要应用于汽车点火系统中。通过本研究能为后续相关产品提供一定的参考意义。高di/dt的IGBT的主要设计指标为,阈值电压1.5V.2V,正向耐压500V以上,导通压降1V.3V,非钳位感性负载开关(UIS)测试下的单脉冲雪崩能量大于300mJ,反向阻断电压大于30V。本文的主要工作:1,对IGBT的发展进行了简单介绍,介绍了高di/dt的IGBT所应用的汽车点火领域的国内外基本情况。对IGBT的基本工作原理和开关过程进行介绍。由于应用于汽车点火系统的高di/dt的IGBT需要比一般IGBT更大的安全工作区,着重分析了IGBT开启和关断时的安全工作区,提出了一些提高安全工作区的方法。分析了IGBT的di/dt的影响因素以及提出了提高IGBT对di/dt控制能力的可行方法。2,简单介绍了应用了高di/dt的IGBT的汽车点火系统的基本组成和发展,分析了IGBT作为点火开关器件的优势以及工作原理。提出了点火IGBT的基本要求和所需要的可靠性参数,特别是抗非钳位感性负载开关(UIS)的能力。3,通过大量仿真和优化,设计了高di/dt的IGBT的工艺流程、元胞结构及参数、终端结构,仿真基本达到了设计指标的要求。版图设计采用了发射极镇流电阻(EBR)结构来提高电流控制能力。最后,通过对成功流片后的IGBT进行了静态参数的测试,测试结果基本符合要求,具体情况为:阈值电压1.8V,反向阻断电压37V,正向耐压合格。对动态特性的测试由于测试仪器的局限性暂时没有完成测试。