高速IGBT及IGBT抗闩锁性能优化

文章从技术发展角度总结了IGBT发明初期的发展历史,比较全面的介绍了动态控制IGBT阳极发射结的研究进展与现状,并列举了目前比较常见的能提高IGBT抗闩锁能力的设计方法。 采用MEDICI电路仿真功能模拟研究基于陈星弼教授的专利--一种高速IGBT[27]而设计的两种高速IGBT结构。利用专利中给出的技术所设计的高速IGBT,在开关过程中依靠独特的终端设计结构,能在内部生成合适的阶跃信号(阶跃电平)并反馈给阳极控制端,以此达到动态控制阳极发射结的短路与开路,不需要低压电源。结果显示,高速IGBT不但能完全消除拖尾电流,并且使IGBT关断时的下降时间由18μs,变为0.8μs。电流大小相同时,高速IGBT导通压降为1.40V比普通IGBT的1.35V略有提升。 研究了一种新的IGBT发射极元胞并给出其设计方法。该元胞在不影响单位面积有效沟道宽度的情况下,将P+与N+并排垂直于沟道一侧放置以缩短空穴路径。与传统采用深P+注入的抗闩锁方法相比,经过优化设计后的新结构闩锁电流增大了约8倍;Vce=1.5V时,新元胞的电流密度比以前增加了3倍;元胞静态阻断电压也有20%的增加,从而扩展了IGBT的安全工作区,而且工艺更简单。