【摘要】：IGBT(Insulated-Gated Bipolar Transistor)始終朝著高電壓、大電流密度以及高溫環(huán)境下具有更高的可靠性方向發(fā)展,目前電壓等級600V,電流能力100A、200A及300A、結(jié)溫175℃的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于工況復(fù)雜的高頻、高壓、大電流開關(guān)電源裝備中,這增加了IGBT出現(xiàn)過溫失效的風(fēng)險。IGBT的另一個重要發(fā)展趨勢為向集成化方向發(fā)展,集成具有過溫保護功能的IGBT也是解決過溫失效的發(fā)展趨勢�；�于此,本文提出了一款集成溫度采樣功能的600V/300A的IGBT,其中主功率器件采用增加CS層的Trench-FS結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性好、性能高;溫度采樣器件選用多晶二極管,與IGBT工藝兼容性好,隨溫度變化的靈敏度高。此外,本次設(shè)計還提供了溫度采樣電路,該電路結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,增加了遲滯環(huán)節(jié),消除了熱振蕩。主要研究內(nèi)容如下:(1)總結(jié)目前IGBT發(fā)展趨勢及實現(xiàn)過溫保護功能途徑,進行對比,提出集成溫度采樣器件選用多晶二極管的600V Trench-FS-IGBT結(jié)構(gòu),分析其結(jié)構(gòu)優(yōu)點。(2)建立了本結(jié)構(gòu)的工藝制程,工藝上IGBT與多晶二極管實現(xiàn)兼容和器件之間的隔離。制作的600V/300A Trench-FS型IGBT,利用仿真軟件進行器件設(shè)計,包括IGBT元胞和終端結(jié)構(gòu)設(shè)計,最終其擊穿電壓BV=767V,閾值電壓VTH=5.5V,正向?qū)�通壓降VCE=1.67V且具有正溫度系數(shù),集電極-發(fā)射極漏電流小于1μA,電流下降時間tf=70ns,關(guān)斷損耗EOff=13.82m J;制作的多晶硅二極管,利用仿真軟件分析其特性,最終其擊穿電壓BV=10.3V,正向電壓降VF=0.627V、溫度變化率為-2mV/℃。(3)設(shè)計了過溫保護電路模塊,建立IGBT和多晶二極管的Spice模型,該模型的準(zhǔn)確率高;實現(xiàn)了IGBT在170℃過溫關(guān)斷、145℃過溫保護自解除,遲滯溫度為25℃,且電路的抗干擾能力強。最后根據(jù)電流密度和電流能力,制作了版圖,其中IGBT有源區(qū)面積1.25cm~2,多晶二極管寬度2000μm;多晶硅二極管位于等位環(huán)的場氧上,更靠近有源區(qū),在不影響高壓器件擊穿電壓和集電極-發(fā)射極漏電流同時,實現(xiàn)了對溫度實時準(zhǔn)確檢測。
[Abstract]:IGBT (Insulated-Gated Bipolar Transistor) has been developing towards high voltage, high current density and higher reliability in high temperature environment. At present, the products with voltage grade 600V, current capacity 100A 200A and 300A, junction temperature 175 鈩，

本文編號：2235401