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6英寸IGCT器件紧固力的适应性研究

机车电传动 2023年第5期 71-77页

作者：曹强陈芳林陈勇民刘雅岚孙永伟株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001

IGCT作为一种高功率等级的全控型压接器件,随着器件直径扩大及应用串压级数增加,紧固力的设计至关重要。文章以6英寸6 000 A/4 500 V逆阻型IGCT器件为例,分析紧固力不均造成的器件性能影响,并优化IGCT阴极梳条局部跨距和采用边缘门极结... 详细信息

IGCT作为一种高功率等级的全控型压接器件,随着器件直径扩大及应用串压级数增加,紧固力的设计至关重要。文章以6英寸6 000 A/4 500 V逆阻型IGCT器件为例,分析紧固力不均造成的器件性能影响,并优化IGCT阴极梳条局部跨距和采用边缘门极结构设计。试验结果表明,优化设计的器件在额定紧固力范围内不再出现门阴极性能异常,且紧固力适应性提升20%以上。

关键词： IGCT 紧固力阴极梳条中间门极边缘门极

4H-SiC LDMOSFET沟道迁移率影响因素的研究

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电力电子技术 2022年第3期56卷 136-140页

作者：高秀秀邱乐山戴小平李诚瞻湖南国芯半导体科技有限公司湖南株洲412001 株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001

为了研究4H-SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)沟道迁移率和界面态密度的影响因素,通过在N型4H-SiC(0001)外延片上制备不同沟道长度和宽度的横向扩散MOSFET(LDMOSFET),其干氧氧化的栅极氧化层在不同温度和时间的NO和/或N2气氛中... 详细信息

为了研究4H-SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)沟道迁移率和界面态密度的影响因素,通过在N型4H-SiC(0001)外延片上制备不同沟道长度和宽度的横向扩散MOSFET(LDMOSFET),其干氧氧化的栅极氧化层在不同温度和时间的NO和/或N2气氛中退火,测试了其输出和转移曲线,提取了有效迁移率和场效应迁移率,利用亚阈值摆幅法提取了界面态密度,并探讨了漏源电压、晶圆位置、温度对迁移率和界面态密度的影响。结果显示,LDMOSFET的沟道尺寸对沟道迁移率和界面态密度有显著的影响,增加NO的退火温度和时间可以提高沟道迁移率,1250℃40 min NO退火和1200℃70 min NO退火的LDMOSFET的常温峰值迁移率均约为45 cm^(2)·V^(-1)·s^(-1),沟道迁移率随测试温度的增加而增加,且高栅压下栅压比测试温度对迁移率的影响更大。

关键词：金属氧化物半导体场效应晶体管界面态密度沟道迁移率

高压大电流(4500V/600A)IGBT芯片研制

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电工技术学报 2021年第4期36卷 810-819页

作者：刘国友黄建伟覃荣震朱春林新型功率半导体器件国家重点实验室株洲412001 株洲中车时代电气股份有限公司株洲412001 株洲中车时代半导体有限公司株洲412001

提高绝缘栅双极晶体管(IGBT)单芯片电流容量,对减小封装器件芯片并联数、简化封装结构、改善芯片均流至关重要。该文基于高压、大电流、高可靠性IGBT应用需求,通过高压IGBT芯片坚强元胞设计及其协同控制技术实现了元胞之间的开关同步,... 详细信息

提高绝缘栅双极晶体管(IGBT)单芯片电流容量,对减小封装器件芯片并联数、简化封装结构、改善芯片均流至关重要。该文基于高压、大电流、高可靠性IGBT应用需求,通过高压IGBT芯片坚强元胞设计及其协同控制技术实现了元胞之间的开关同步,通过光刻拼版技术解决大尺寸芯片的工艺制造,通过单芯片压接封装验证了大尺寸芯片设计及其性能,探索出一条大尺寸IGBT芯片设计、制造与验证的技术路径。研究开发了全球第一片42mm×42mm大尺寸高压IGBT芯片,攻克了高压IGBT芯片内部大规模元胞集成及其均流控制的技术难题,首次实现了4500V/600A单芯片功率容量,具备优良的动静态特性和更宽的安全工作区,并可以显著提高IGBT封装功率密度与可靠性。

关键词：大尺寸IGBT芯片电流容量均流压接

基于全铜工艺的750A/6500V高性能IGBT模块

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电工技术学报 2020年第21期35卷 4501-4510页

作者：刘国友罗海辉张鸿鑫王彦刚潘昭海新型功率半导体器件国家重点实验室株洲412001 株洲中车时代电气股份有限公司株洲412001 株洲中车时代半导体有限公司株洲412001

高压大容量IGBT模块内部异质材料热膨胀系数失配是模块疲劳老化失效的主要机理。为了降低模块异质材料间热膨胀系数的差异,提高其功率循环能力与长期运行可靠性,该文提出功率模块采用全铜材料实线电学互连的思路,系统地研究了IGBT芯片... 详细信息

高压大容量IGBT模块内部异质材料热膨胀系数失配是模块疲劳老化失效的主要机理。为了降低模块异质材料间热膨胀系数的差异,提高其功率循环能力与长期运行可靠性,该文提出功率模块采用全铜材料实线电学互连的思路,系统地研究了IGBT芯片铜金属化、铜引线键合与铜母线端子超声焊接等新技术,实现了IGBT功率模块全铜化封装的成套工艺,研发了基于全铜工艺的大容量高性能750A/6500V IGBT模块,首次实现了全铜工艺的高压模块。与传统铝工艺相比,全铜工艺模块不仅使导通损耗降低了10%、浪涌电流能力提升了20%,而且功率循环能力提高了16倍,提升了功率模块的运行韧性与应用可靠性。

关键词：绝缘栅双极型晶体管铜金属化铜引线键合超声焊接

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大功率半导体模块封装进展与展望

机车电传动 2023年第5期 78-91页

作者：王彦刚罗海辉肖强株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001 功率半导体与集成技术全国重点实验室湖南株洲412001

大功率半导体模块的发展进化是电力电子系统升级和产业发展的最关键因素。文章根据功率模块的主要应用领域分类,综述了其产品和封装技术的最新进展,分析了新型模块产品的结构和技术特点;然后提出了当前模块封装面临的技术、成本以及新... 详细信息

大功率半导体模块的发展进化是电力电子系统升级和产业发展的最关键因素。文章根据功率模块的主要应用领域分类,综述了其产品和封装技术的最新进展,分析了新型模块产品的结构和技术特点;然后提出了当前模块封装面临的技术、成本以及新型应用系统要求等方面的挑战,讨论了向高频、高温、高可靠性、模块化等方向发展的挑战;最后对大功率半导体模块的互连及连接技术、集成化和灌封材料、紧凑封装结构的中长期趋势进行了探讨和展望。

关键词：大功率半导体模块绝缘栅双极晶体管宽禁带器件新型封装先进技术

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IGBT失效能量传导及能量冲击影响研究

机车电传动 2023年第5期 162-169页

作者：马瑶徐丽宾余伟刘敏安任亚东株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001 功率半导体与集成技术全国重点实验室湖南株洲412001

IGBT作为功率开关器件,具有载流密度大、饱和压降低等许多优点,广泛应用于各类电力工程领域,但其也是功率变流器系统最主要的失效部分。当IGBT模块发生短路时,短路电流急剧增大,使得IGBT芯片发热剧烈,当短路能量足够高时,将会引发芯片失... 详细信息

IGBT作为功率开关器件,具有载流密度大、饱和压降低等许多优点,广泛应用于各类电力工程领域,但其也是功率变流器系统最主要的失效部分。当IGBT模块发生短路时,短路电流急剧增大,使得IGBT芯片发热剧烈,当短路能量足够高时,将会引发芯片失效,从而产生大量高温高压的爆生气体。爆生气体经过初始膨胀后将以冲击波能和气体能的形式作用于管壳,当模块管壳无法束缚失效能量时,将会造成模块管壳炸损。如何评估失效能量冲击,文章提出了5种评估方法,即管壳损坏程度评估法、高速摄影法、冲击传感器测量法、电参数测试法、电容能量释放法。通过试验验证发现,管壳损坏程度评估法较为有效,可以使短路能量对管壳的影响变成一个可以定量计算的问题,从而指导管壳结构优化、评价管壳材料强度、限制失效能量对其他子系统的次生伤害。

关键词： IGBT 失效能量短路试验爆轰波管壳损坏程度评估法

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碳化硅沟槽栅MOSFET技术研究进展

机车电传动 2023年第5期 10-25页

作者：罗海辉李诚瞻姚尧杨松霖株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001 功率半导体与集成技术全国重点实验室湖南株洲412001

第三代宽禁带半导体碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)具备耐高压、耐高温和低损耗等优点,迅速成为行业的研究热点。文章结合SiC功率MOSFET器件发展历史,探讨了从平面栅技术发展到沟槽栅技术的必要性,介绍了SiC沟槽栅MOS... 详细信息

第三代宽禁带半导体碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)具备耐高压、耐高温和低损耗等优点,迅速成为行业的研究热点。文章结合SiC功率MOSFET器件发展历史,探讨了从平面栅技术发展到沟槽栅技术的必要性,介绍了SiC沟槽栅MOSFET结构设计、沟槽刻蚀工艺和沟槽栅氧工艺等核心问题的研究进展与技术挑战,并对未来新型SiC沟槽栅MOSFET技术进行了展望。

关键词：碳化硅沟槽栅MOSFET 沟槽工艺沟槽栅氧沟槽结构新型沟槽

直流断路器用4.5 kV/10 kA IGCT特性研究

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电力电子技术 2022年第2期56卷 133-135页

作者：操国宏陈勇民陈芳林潘学军新型功率半导体器件国家重点实验室湖南株洲412001 株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001

集成门极换流晶闸管(IGCT)由于电压等级高、关断电流能力大、通态损耗低,在直流断路器(DCCB)领域应用倍受关注。基于4英寸4.5kV/4kA IGCT技术基础,通过优化N-基区掺杂浓度、阳极掺杂分布及阴极梳条排布,研制出6英寸4.5 kV/10kA IGCT。... 详细信息

集成门极换流晶闸管(IGCT)由于电压等级高、关断电流能力大、通态损耗低,在直流断路器(DCCB)领域应用倍受关注。基于4英寸4.5kV/4kA IGCT技术基础,通过优化N-基区掺杂浓度、阳极掺杂分布及阴极梳条排布,研制出6英寸4.5 kV/10kA IGCT。测试结果显示该器件具有良好的高温阻断能力,在高温125℃下8kA时导通压降典型值为1.6V,在DCCB应用拓扑回路中其关断电流能力可达到12kA,且关断电流拖尾期间没有电压振荡现象。

关键词：集成门极换流晶闸管阴极梳条排布直流断路器

SiC MOSFET模块串扰问题及应用对策研究

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机车电传动 2023年第2期 36-42页

作者：刘敏安罗海辉卢圣文王旭李诚株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001 功率半导体与集成技术全国重点实验室湖南株洲412001

针对SiC MOSFET模块应用过程中出现的串扰问题,文章首先对3种测量差分探头的参数和测量波形进行对比,有效减小测量误差;然后详细分析串扰引起模块栅源极出现电压正向抬升和负向峰值过大的原因,并提出3种有效应用对策:减小栅极阻抗、采... 详细信息

针对SiC MOSFET模块应用过程中出现的串扰问题,文章首先对3种测量差分探头的参数和测量波形进行对比,有效减小测量误差;然后详细分析串扰引起模块栅源极出现电压正向抬升和负向峰值过大的原因,并提出3种有效应用对策:减小栅极阻抗、采用有源米勒箝位和三级关断串扰抑制电路。其中,减小栅极阻抗可减小感应压降,抑制栅源极过压;有源米勒箝位技术使栅源极电压串扰波形幅值限制在箝位电压范围;利用三级关断串扰抑制电路技术,显著抑制了栅源极电压的正向抬升和负向峰值,最后通过试验仿真验证了3种方法的有效性。

关键词：串扰问题栅源极电压栅极阻抗有源米勒箝位三级关断电平驱动技术