單芯片雙門極雙向IGBT的分析與優(yōu)化.pdf

1、隨著電力電子技術的進步，人們對功率半導體器件的要求不再僅僅是性能指標上的進一步優(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特性。然而，由于具有復雜的數(shù)學模型，矩陣變換器對其采用的開關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，并且通過仿真和實驗驗證了器件的功能。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行雙向IGBT芯片的研制。從芯片結構來看，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，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門極，在不同的門極偏置組合下，雙向IGBT會表現(xiàn)出不同的工作模式，帶來比一般的IGBT更為復雜的控制問題。而交流變換器中現(xiàn)有的控制方法基本上都是針對傳統(tǒng)組合式開關提出的，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。在此基礎上，本文詳細討論了雙向IGBT的器件特性，總結出了雙向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)摻雜濃度及柵極結構對雙向IGBT導通壓降與關斷損耗的影響，并據此對雙向IGBT的結構進行了優(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用場合，研究這種新型雙向開關在交流變換器中表現(xiàn)出來的性能，通過基于物理的數(shù)值仿真和實驗數(shù)據分析比較了