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《电子科技大学》 2003年
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提高功率器件整体性能的研究

杨洪强  
【摘要】: 提高功率器件在耐压、比导通电阻和开关时间方面的整体性能,使之趋于理想的开关,是长期以来功率电子学研究的一个重要方向。不幸的是,功率器件的这三个主要性能指标,却受一定的关系制约,并不能同时得到提高。MOS和IGBT是栅控器件,具有控制简单的优点,是两类常用的功率器件。MOS器件的开关速度很快,但由于是多子导电,所以要做高压器件,比导通电阻就会变得很大。IGBT在耐压和比导通电阻方面均有不错的性能,但是由于关断主要靠载流子的复合,关断速度慢始终是一个问题。 为此,本文在充分了解功率器件发展现状,系统学习前人理论的基础上,提出了一系列的新思路和优化方案,目的在于同时提高功率器件的各项性能指标。 文章的主要工作是:对功率器件的发展现状进行系统了解;对SOI器件的主要特点进行简单分析;对叉指式CB结构进行优化设计;实现了三种用于可控制阳极短路IGBT的方法;对薄膜SOI耐压层进行了准确的解析设计。其中的独创性工作主要表现在: 1.叉指式CB结构的优化设计 关于复合缓冲结构(即CB结构),陈星弼早在1993年的专利文件中就有详细介绍[ChenX.B., 1993],并且在此后的研究中,提出了比较系统的理论[Chen X.B., 1998, 2000, 2001, 2002]。在这些理论的基础上,我们对复合缓冲结构的其中一种原胞形式——叉指式进行了优化分析。从电场分布着手,得到了基本结构的击穿电压和导通电阻的优化关系式。而后,提出了三种用于实现更优结果的解决方案,并给出了设计结果。该优化设计结果是目前叉指式CB结构的最优设计结果。 2.在半桥式功率输出级中实现高速低功耗低侧管[杨洪强, 2001] 在进行电子镇流器的研究过程中,我们根据半桥式功率输出级驱动信号的特点,提出:低侧输出管使用双栅控制的IGBT,并利用高侧驱动信号实现低侧IGBT的动态阳极短路控制。使得低侧管在导通时等同于普通的IGBT,而在关断过程中,由高侧信号实现阳极短路,使IGBT快速关断。这样,在不增加电路复杂度的前提下,实现了半桥式功率输出级中高速低功耗低侧管。研究表明,这种方案在提高IGBT的关断速度方面有很大的优越性,而且可用于电阻性、电感性和电容性负载的情形。同时,由于阳极短路结构的存在,使IGBT的击穿电压趋于PN结,提高了耐压。 WP=9 3.利用分压电阻实现IGBT的动态阳极短路[Yang Hong-qiang, 2002] 承接第四章的研究,我们发现,第四章的实现方法,只能用于特定的电路,有一定的局限性。如果在IGBT的阳极附近引入一个常开型PMOS结构,并且利用分压电阻提取阳极电压的变化产生控制信号,用于控制PMOS,就可以实现动态阳极短路控制。我们对这种方案进行了仔细分析,包括在设计工作条件和非设计工作条件下IGBT的性能,结果表明:该结构在两种情况下都能明显改善IGBT的关断、耐压性能。 4.利用电阻场板提高LIGBT性能[Yang Hong-qiang, 2002] 承接第五章的研究,我们考虑在LIGBT中引入电阻场板,利用电阻场板改善器件耐压的同时,从场板上提取信号,控制LIGBT的阳极短路,改进其关断性能。研究发现:由于SOI-LIGBT关断过程的特殊性,当SOI-LIGBT加上电阻场板后,即使没有可控制阳极短路结构,也能改善器件的关断性能;如果加上可控制阳极短路结构,则能更进一步提高器件关断性能和阻断电压。 5.具有电阻场板的薄膜SOI-LDMOS的解析设计 由于SMART-CUT SOI衬底的日益成熟,在SOI材料上制作功率集成电路变得比较容易。因为SMART-CUT SOI衬底同时具有SIMOX和SDB的优点,既能用于VLSI,又能用于功率器件。利用电阻场板实现高耐压SOI-LDMOS的方法虽然早已有人提出[T. Matsudai, 1992],但其解析设计理论却有待完善。经过分析,我们提出了一个准确完善的解析设计理论,包括电离率模型的建立,电场分布的分析,击穿电压的分析,电离率积分路径的解析及由此得到的击穿电压的修正。根据上述理论,我们设计出了不同材料参数下的器件,与模拟结果对比发现,设计理论十分准确。我们还把利用电阻场板实现的高耐压,低功耗LDMOS与利用别的方法实现的SOI-LDMOS作了对比,结果显示,这种方法设计出的器件具有几乎最高的耐压和小很多的比导通电阻,是一种很好的实现方法。
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TN386

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【引证文献】
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1 朱利恒;高速IGBT及IGBT抗闩锁性能优化[D];电子科技大学;2010年
2 肖璇;3300 VPlanar IGBT的仿真分析与设计[D];电子科技大学;2012年
【参考文献】
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1 王彩琳,安涛,李福德;集成门极换流晶闸管IGCT[J];半导体情报;2000年06期
2 ;Closed Analytical Solution of Breakdown Voltage for Planar Junction and Lateral Curvature Effect[J];半导体学报;1999年09期
3 唐本奇,罗晋生,耿斌,李国政;LDMOS晶体管新型器件结构的耐压分析[J];半导体学报;1999年09期
4 何进,王新,陈星弼;基于SDB技术的新结构PT型IGBT器件研制[J];半导体学报;2000年09期
5 卜伟海,黄如,徐文华,张兴;SOI器件中瞬态浮体效应的模拟与分析[J];半导体学报;2001年09期
6 吴郁,陆秀洪,亢宝位,王哲,程序,高琰;低功耗IGBT(LPL-IGBT)及其仿真[J];半导体学报;2001年12期
7 杨洪强,陈星弼;具有动态控制阳极短路结构的高速IGBT(英文)[J];半导体学报;2002年04期
8 杨洪强,韩磊,陈星弼;利用电阻场板提高SOI-LIGBT的性能(英文)[J];半导体学报;2002年10期
9 弓小武,楼旭,罗晋生;IGBT准数值模型和模拟[J];半导体学报;1996年01期
10 奚雪梅,王阳元;全耗尽SOI nMOSFET的浮体效应物理模型[J];半导体学报;1996年05期
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1 刘启宇;SOI高压MOS器件击穿特性研究[D];电子科技大学;2001年
【共引文献】
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1 廖太仪;VDMOS功率场效应器件的设计与研制[J];半导体技术;1990年05期
2 高玉民;多场限环平面结击穿电压的解析计算[J];半导体技术;1991年06期
3 戴小平;熊红云;;IGCT器件的光刻技术[J];半导体技术;2007年06期
4 李维聪;李海松;孙伟锋;;500V耗尽型NLDMOS器件研究[J];半导体技术;2008年09期
5 王朝林;王一帆;岳红菊;刘肃;;Si基JBS整流二极管的设计与制备[J];半导体技术;2012年03期
6 张李,肇基;用版图自动生成器设计浮空场板[J];半导体学报;1999年08期
7 何进,张兴,黄如,王阳元;新的二维解析方法预言场限环结构的电压分布和边界峰值电场及环间距的优化(英文)[J];半导体学报;2001年06期
8 张海鹏,魏同立,冯耀兰,姚炜,宋安飞;PD SOI NMOSFET翘曲效应的温度模型[J];半导体学报;2001年10期
9 吴郁,陆秀洪,亢宝位,王哲,程序,高琰;低功耗IGBT(LPL-IGBT)及其仿真[J];半导体学报;2001年12期
10 杨洪强,陈星弼;具有动态控制阳极短路结构的高速IGBT(英文)[J];半导体学报;2002年04期
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1 袁立强;基于IGCT的多电平变换器若干关键问题研究[D];清华大学;2004年
2 童建农;深亚微米/纳米V-SOI MOSFET的建模与模拟[D];华中科技大学;2004年
3 方健;电导调制器件局域寿命控制技术[D];电子科技大学;2005年
4 李强;无位置传感器无刷直流电动机运行理论和控制系统研究[D];东南大学;2005年
5 唐莹;电力静电感应器件的研制[D];兰州大学;2007年
6 高珊;复合栅多阶梯场极板LDMOS电学特性的研究[D];安徽大学;2007年
7 李梅芝;LDMOS功率器件的电热效应研究[D];电子科技大学;2007年
8 陈万军;基于电荷平衡的横向功率器件研究[D];电子科技大学;2007年
9 成建兵;横向高压DMOS体内场优化与新结构[D];电子科技大学;2009年
10 张翊诚;高性能交流驱动控制关键技术的研究[D];国防科学技术大学;2008年
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1 李国延;基于TANNER和SIPOS钝化的功率管终端CAD研究与应用[D];电子科技大学;2010年
2 李春悦;集成门极换向晶闸管驱动部分研究[D];辽宁大学;2011年
3 付耀龙;IGBT的分析与设计[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 姜秀丽;IGBT横向结构参数对特性影响的研究[D];沈阳工业大学;2012年
5 陈立力;高压功率器件结终端的设计研究[D];北京工业大学;2000年
6 罗萌;CMOS/SOI模拟电路的研究[D];西北大学;2001年
7 孔荆钟;一种高抗辐射SOI CMOS电脉冲时间间隔测定电路的研究[D];西安理工大学;2003年
8 吴鹤;超高频塑封高压硅堆的研制[D];北京工业大学;2003年
9 赵晓锋;采用MEMS技术制作硅磁敏三极管研究[D];黑龙江大学;2003年
10 方邵华;功率集成电路中高压器件的设计[D];浙江大学;2004年
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1 叶立剑;邹勉;杨小慧;;IGBT技术发展综述[J];半导体技术;2008年11期
2 亢宝位;;IGBT发展概述[J];电力电子;2006年05期
3 陈星弼;;超结器件[J];电力电子技术;2008年12期
4 Soo-Seong Kim;;电力电子 IGBT设计与制程技术的发展[J];电子与电脑;2009年10期
5 陈星弼;场限环的简单理论[J];电子学报;1988年03期
6 蒋超,陈海民;电力电子器件发展概况及应用现状[J];世界电子元器件;2004年04期
7 王树振;单威;宋玲玲;;IGBT绝缘栅双极晶体管发展简述[J];微处理机;2008年02期
8 周志敏;;IGBT技术现状及发展趋势[J];现代家电;2005年19期
9 王云飞;;现代电力电子技术浅探[J];装备制造;2009年05期
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李肇基,杜娟;互补型横向绝缘栅双极晶体管的截止瞬态快速弛豫[J];半导体学报;1993年04期
2 何进,王新,陈星弼;VDMOS均匀掺杂外延区的优化设计[J];半导体学报;1999年11期
3 何进,王新,陈星弼;基于SDB技术的新结构PT型IGBT器件研制[J];半导体学报;2000年09期
4 吴郁,陆秀洪,亢宝位,王哲,程序,高琰;低功耗IGBT(LPL-IGBT)及其仿真[J];半导体学报;2001年12期
5 李如春,陈去非,陈启秀;三重扩散型IGBT的计算机模拟分析[J];半导体学报;1995年11期
6 奚雪梅,王阳元;全耗尽SOI nMOSFET的浮体效应物理模型[J];半导体学报;1996年05期
7 奚雪梅,王阳元;薄膜SOIMOSFET浮体效应的抑制优化研究[J];半导体学报;1996年06期
8 陈星弼 ,蔣旭;突变平面結表面电場的近似公式[J];成都电讯工程学院学报;1986年03期
9 曾军,李肇基,陈星弼;有场限环和横向变掺杂的平面结二极管电场分布的二维数值分析[J];电子学报;1992年05期
10 杨洪强,陈星弼;半桥式功率输出级中高速低功耗低侧管的实现[J];电子学报;2001年06期
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1 张国海,高勇,周宝霞;横向高压器件LDMOS与LIGBT的特性分析[J];半导体技术;1998年06期
2 高海,程东方,徐志平;高压功率集成电路中LDMOS的设计研究[J];电子器件;2004年03期
3 孙智林,孙伟锋,易扬波,吴建辉;一种新型低阻SOIP-LDMOS研究[J];功能材料与器件学报;2004年01期
4 刘海涛,陈启秀;阳极短路垂直型IGBT的优化模型[J];微电子学;1999年02期
5 张屹;LDMOS技术在分米波全固态电视发射机中的应用[J];现代电视技术;2003年05期
6 ;飞思卡尔的RF解决方案——在网络解决方案中发挥着重要作用[J];半导体技术;2004年10期
7 韩英桃,吴斌,马瑞卿;几种IGBT与功率MOSFET栅极驱动电路的比较与应用[J];电子技术应用;1996年06期
8 李宏!高级工程师;HL401A IGBT厚膜驱动器[J];电子质量;2001年02期
9 ;MiniSKiiP~II,SEMIKRON(赛米控)新一代IGBT模块[J];自动化博览;2003年03期
10 苏健,方健,武洁,张波,李肇基,罗萍;700V单晶扩散型LDMOS的特性与模型[J];微电子学;2004年02期
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4 何传红;何为;;经颅磁刺激仪的研制[A];全国电工理论与新技术学术年会(CTEE'2001)论文集[C];2001年
5 涂建军;;IGBT变频器主电路的驱动和保护[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
6 吴忠智;吴加林;;串联IGBT高压变频器的原理及应用[A];展望新世纪——’02学术年会论文集[C];2002年
7 武洁;方健;李肇基;;单晶扩散型LDMOS特性分析[A];展望新世纪——’02学术年会论文集[C];2002年
8 武洁;方健;李肇基;;单晶扩散型LDMOS特性分析[A];中国电工技术学会电力电子学会第八届学术年会论文集[C];2002年
9 刘虹;孙伟远;;IGBT器件及应用的技术动向[A];中国电工技术学会电力电子学会五届三次理事会议暨学术报告会论文集[C];2001年
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2 新华;日本开发出无铅树脂封装IGBT[N];中国汽车报;2004年
3 河南 张国光;IGBT性能的简易判别法[N];电子报;2004年
4 本报记者 冯晓伟 冯健;混合动力是新能源汽车切入点 IGBT成驱动核心[N];中国电子报;2009年
5 本报记者 冯晓伟;3G基站:LDMOS技术提升3G基站能效[N];中国电子报;2009年
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8 毛兴武 刘玉军 郭道杰;IGBT在SMPS中展露头角[N];中国电子报;2001年
9 山东 杨立新 孙鹏;用IGBT控制的照相机闪光电路[N];电子报;2001年
10 林志奇 唐金东;万利达电磁炉的使用、维护、维修(二)[N];电子报;2004年
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3 余琳;用于高压脉冲电场杀菌的IGBT串联型高压脉冲发生器研究[D];浙江大学;2012年
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5 段宝兴;横向高压器件电场调制效应及新器件研究[D];电子科技大学;2007年
6 汤春球;内燃机车干阻负载试验系统设计及试验研究[D];武汉理工大学;2006年
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1 钱勇;高功率因数恒流调光IGBT逆变UPS[D];大连海事大学;2003年
2 陈明;IGBT双管模块驱动保护电路的研制与应用[D];华北电力大学(北京);2005年
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10 贾艳明;脉冲功率技术中IGBT串联技术的研究[D];中国科学院研究生院(电工研究所);2005年
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