單芯片雙門極雙向IGBT的分析與優(yōu)化.pdf

1、隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)功率半導(dǎo)體器件的要求不再僅僅是性能指標(biāo)上的進(jìn)一步優(yōu)化，還希望器件能夠有更加靈活的控制特性。以近年來受到廣泛關(guān)注的矩陣變換器為例，這種新型的交流電力變換器具有十分理想的電學(xué)特性。然而，由于具有復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，矩陣變換器對(duì)其采用的開關(guān)單元提出了更高的要求—雙向功率控制能力。
　　在這樣的背景下，人們提出了單芯片雙門極雙向IGBT(BD-IGBT)的概念，并且通過仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了器件的功能。到目前為止，人們

2、一般采用硅片直接鍵合或是雙面工藝進(jìn)行雙向IGBT芯片的研制。從芯片結(jié)構(gòu)來看，這類器件可以直接取代由單功率流向的IGBT組成的雙向開關(guān)，極大地縮減裝置的成本，減小電路的雜散參數(shù)。然而，由于在單芯片上集成了兩個(gè)門極，在不同的門極偏置組合下，雙向IGBT會(huì)表現(xiàn)出不同的工作模式，帶來比一般的IGBT更為復(fù)雜的控制問題。而交流變換器中現(xiàn)有的控制方法基本上都是針對(duì)傳統(tǒng)組合式開關(guān)提出的，并不一定適用于雙向IGBT。
　　本文利用基于物理的仿真軟

3、件ISE-TCAD建立了雙向IGBT的器件模型。在此基礎(chǔ)上，本文詳細(xì)討論了雙向IGBT的器件特性，總結(jié)出了雙向IGBT的四種工作模式。此外，本文討論了漂移區(qū)載流子壽命、P阱區(qū)摻雜濃度及柵極結(jié)構(gòu)對(duì)雙向IGBT導(dǎo)通壓降與關(guān)斷損耗的影響，并據(jù)此對(duì)雙向IGBT的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，有效降低了器件的功率損耗。
　　繼而，文章以矩陣變換器作為具體應(yīng)用場(chǎng)合，研究這種新型雙向開關(guān)在交流變換器中表現(xiàn)出來的性能，通過基于物理的數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析比較了