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绝缘栅双极晶体管(Insulated gate bipolar transistor,简称为IGBT)是高压领域中的主流器件之一,随着电力电子技术的持续发展,应用电路对IGBT性能的要求也更为严苛。用关断能耗Eoff(代表动态功耗)与通态压降VCEon(代表静态功耗)之间的折中曲线所表征的IGBT功耗折中特性,是考量其在常规工作条件下自身损耗高低优劣的重要指标,而短路耐量则是体现其在异常条件下所具备的坚固性参数之一。在考察一款IGBT产品的性能时,这两方面都要密切关注。本文基于成熟产品的实际结构和器件仿真工具,以及对600-3300V这4个额定电压等级的条形槽栅IGBT所开展的建模计算,探究了IGBT功耗折中特性和短路耐量之间的兼容性及其改善问题。首先,通过增加假元胞以改变元胞步距长度,分析了元胞步距长度对功耗折中和短路耐量的影响,以及两种特性之间的兼容性。其次,通过调整其他器件结构参数进行计算,探讨了改善二者兼容性的方法。具体内容及结果如下: 1.对600V-3300V条形槽栅IGBT进行了建模和计算,分析了器件的功耗折中特性和短路耐量。结果表明,在功耗折中特性方面,这4种电压等级的器件变化规律保持一致,但短路耐量方面600V器件与其它3种耐压等级器件存在区别。通过提取内部物理量分布情况,分析了元胞步距长度对功耗折中特性和短路耐量的影响,确定了功耗折中的最优元胞步距长度和短路耐量达标的元胞步距下限。 2.对功耗折中与短路耐量的兼容性进行了分析。结果表明,在本文给定的结构参数和电路条件下,器件的功耗折中特性与短路耐量之间在低压下存在不兼容或不太兼容的问题,但随着额定电压的增加将逐渐趋于兼容,在耐压等级为3300V时达到完全兼容。对于不太兼容的情况,为使器件短路耐量达标,需要适当牺牲功耗折中特性,但所需的牺牲量将随着耐压等级的提高而减小。 3.通过提高背P区浓度、降低缓冲层浓度和增大沟道长度,对1200V和1700V级器件的功耗折中与短路耐量之间兼容性的改善进行了探讨。结果表明,分别单独采用这三种方式,对兼容性的改善都有贡献,但是各自的侧重方向又有所不同,可适用于功耗折中需求不同(即功耗折中曲线上不同位置)的应用领域。 综上,本文从内在机理上对条形槽栅IGBT的功耗折中和短路耐量的兼容性及其改善问题进行了分析和探讨,为IGBT研发工作提供了有价值的基础数据、物理图像和趋势预期。