IGBT动态雪崩失效机理仿真分析

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作者 关艳霞 刘亭 +2 位作者 刘勇 邓杰 王卉如 《电源学报》 CSCD 北大核心 2024年第1期133-139,共7页

IGBT在关断过程中所发生的动态雪崩现象是导致其失效的重要原因之一。为研究IGBT动态雪崩失效机理,利用Silvaco软件对其进行仿真分析。通过对动态雪崩击穿机制、电流密度分布和温度分布的仿真分析,得出动态雪崩可以产生移动的电流丝和... IGBT在关断过程中所发生的动态雪崩现象是导致其失效的重要原因之一。为研究IGBT动态雪崩失效机理,利用Silvaco软件对其进行仿真分析。通过对动态雪崩击穿机制、电流密度分布和温度分布的仿真分析,得出动态雪崩可以产生移动的电流丝和移动十分缓慢或固定不动的“死丝”。引起器件失效的是动态雪崩形成的死丝,死丝会导致IGBT内局部温度的急剧增加,最终因局部温度过高烧毁器件导致IGBT的失效。在此基础上分析了死丝产生的原因并进一步提出防止IGBT动态雪崩失效的具体措施。 展开更多

关键词 IGBT 动态雪崩 失效机理 温度 电场

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IGCT过应力关断下动态雪崩诱发的电压自箝位效应

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作者 董曼玲 姚德贵 +4 位作者 宋伟 张嘉涛 肖超 鲁一苇 杨武华 《半导体技术》 CAS 北大核心 2024年第10期879-884,共6页

作为高压功率器件,集成门极换流晶闸管(IGCT)关断过程中必然发生的动态雪崩效应是限制器件反偏安全工作区(RBSOA)的重要因素。通过建立能更好地反映电流集中效应的多单元仿真结构模型,对IGCT过应力条件下的关断特性进行了仿真,发现了一... 作为高压功率器件,集成门极换流晶闸管(IGCT)关断过程中必然发生的动态雪崩效应是限制器件反偏安全工作区(RBSOA)的重要因素。通过建立能更好地反映电流集中效应的多单元仿真结构模型,对IGCT过应力条件下的关断特性进行了仿真,发现了一种与开关自箝位模式(SSCM)非常相似的电压自箝位效应。然而,与SSCM不同的是,这种自箝位效应是由动态雪崩效应诱发的。在强烈的动态雪崩下,雪崩产生的载流子与被移除的载流子达到了动态平衡,耗尽区电场无法展宽导致了电压箝位。由于自箝位期间雪崩产生的电流丝无法快速移动,器件极易因局部过热而损毁。并且,随着器件电流增益的增大,这种效应更容易发生。研究结果可为IGCT提供更清晰的RBSOA。 展开更多

关键词 集成门极换流晶闸管(IGCT) 反偏安全工作区(RBSOA) 过应力关断 动态雪崩 电流丝 自箝位

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IGBT模块动态雪崩测试研究 被引量：1

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作者 余伟 郑宇 +1 位作者 袁涛 任亚东 《机车电传动》 北大核心 2023年第5期139-144,共6页

在IGBT关断过程中,当芯片内部产生巨大的电场时会发生动态雪崩现象。文章通过设计试验方案并加以验证,探究了不同试验变量对IGBT动态雪崩以及雪崩耐量的影响。结果表明,电流和电感会对模块动态雪崩产生极大的影响,栅极电阻能够延缓模块... 在IGBT关断过程中,当芯片内部产生巨大的电场时会发生动态雪崩现象。文章通过设计试验方案并加以验证,探究了不同试验变量对IGBT动态雪崩以及雪崩耐量的影响。结果表明,电流和电感会对模块动态雪崩产生极大的影响,栅极电阻能够延缓模块内部动态雪崩的发生并提升模块雪崩耐量,母线电压也会对模块雪崩耐量的提升产生巨大影响,常温和高温下模块的雪崩耐量差距大。 展开更多

关键词 IGBT模块 动态雪崩 电流 电感 栅极电阻 电压 温度

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快恢复二极管动态雪崩问题及技术发展 被引量：3

4

作者 查祎英 吴郁 +1 位作者 李兴鲁 高一星 《电力电子技术》 CSCD 北大核心 2012年第12期97-99,102,共4页

综述了硅高压功率快恢复二极管抗动态雪崩技术的发展,包括快恢复二极管发生3种不同程度的动态雪崩的过程和原理,提高了快恢复二极管动态雪崩抗性的技术,完善其原理,并对其优点与不足进行了分析。

关键词 二极管 动态雪崩 功率器件

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GCT动态雪崩失效机理的研究 被引量：2

5

作者 王彩琳 杨武华 杨晶 《固体电子学研究与进展》 CSCD 北大核心 2017年第2期81-87,共7页

门极换流晶闸管(GCT)关断过程中的动态雪崩效应是导致其失效的关键因素。本文采用Sentaurus仿真软件对4 500V非对称GCT关断过程中的动态雪崩效应进行了研究,建立了用于描述动态雪崩过程中等离子体边缘移动速度的二维解析模型,分析了电... 门极换流晶闸管(GCT)关断过程中的动态雪崩效应是导致其失效的关键因素。本文采用Sentaurus仿真软件对4 500V非对称GCT关断过程中的动态雪崩效应进行了研究,建立了用于描述动态雪崩过程中等离子体边缘移动速度的二维解析模型,分析了电流丝产生的原因及其影响因素,研究了GCT的失效机理。结果表明,GCT发生动态雪崩时会产生单个纵向贯穿整个器件的电流丝,这是由p阳极区的空穴注入所致,并且空穴注入会减慢电流丝的移动速度,从而降低了GCT关断的可靠性。 展开更多

关键词 门极换流晶闸管 动态雪崩 电流丝 可靠性

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高压IGBT的动态雪崩问题 被引量：2

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作者 李兴鲁 吴郁 +1 位作者 查祎英 高一星 《电力电子》 2012年第3期29-32,40,共5页

本文综述了高压IGBT的动态雪崩问题,涉及IGBT动态雪崩的概念、复杂性、失效机理和应对措施等。对这些问题的了解和掌握,对于设计制造坚固性强的高压IGBT是至关重要的。

关键词 IGBT 动态雪崩 坚固性 电流丝

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四能级动态雪崩上转换过程的计算分析

7

作者 郝昭 陈晓波 +3 位作者 张光寅 李美仙 毛育红 冯志萍 《红外与毫米波学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 1997年第1期21-26,共6页

通过建立四能级雪崩上转换系统的速率方程。

关键词 动态雪崩 转换 动态过程 激光激发机制

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IGBT的抗动态雪崩设计

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作者 李兴鲁 《环境技术》 2018年第5期66-69,共4页

IGBT关断时容易在过压、过流条件下出现动态雪崩电流丝化问题,若发展为二度动态雪崩则会把器件引入具有失效危险的工作区。本文利用器件仿真工具,研究IGBT抗二度动态雪崩的漂移区设计极限,以及背面设计对这种临界线的影响,为着眼于改善... IGBT关断时容易在过压、过流条件下出现动态雪崩电流丝化问题,若发展为二度动态雪崩则会把器件引入具有失效危险的工作区。本文利用器件仿真工具,研究IGBT抗二度动态雪崩的漂移区设计极限,以及背面设计对这种临界线的影响,为着眼于改善静态—动态损耗折中关系的可靠性设计提供抗动态雪崩方面的数据界定、参照指标和方向指导。 展开更多

关键词 IGBT 动态雪崩 电流丝化 二度动态雪崩临界线

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考虑芯片电热应力分布的IGBT动态雪崩工况电热联合仿真 被引量：3

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作者 马天兆 罗毅飞 +2 位作者 贾英杰 李鑫 史泽南 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2021年第20期7068-7078,共11页

绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)受芯片和键丝几何布局的影响,芯片表面产生电流密度的不均匀分布,这使得IGBT正常工作时在不同区域呈现不同的电气特性,进而导致IGBT芯片温度的不均匀分布。动态雪崩关断作... 绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)受芯片和键丝几何布局的影响,芯片表面产生电流密度的不均匀分布,这使得IGBT正常工作时在不同区域呈现不同的电气特性,进而导致IGBT芯片温度的不均匀分布。动态雪崩关断作为关断瞬态大电流、高电压的极端工况,使得IGBT芯片温度的不均匀性加剧,对器件可靠性评估带来困难。为解决芯片电热应力不均匀分布下对IGBT电气特性、温度特性模拟,文中提出一种基于场路耦合的IGBT芯片简化分区电热联合仿真方法,该方法基于两个系统:一维的IGBT动态雪崩物理模型和三维的IGBT有限元热模型。通过对待测IGBT芯片的合理分区和电、热系统的耦合,实现每个子单元的电热模拟。最后以一款国产1200V/50A的IGBT模块,针对动态雪崩工况对提出的仿真方法进行验证,实验结果表明,该模型能够准确表征动态雪崩工况下IGBT的电热特性,对IGBT可靠性边界的精确评估提供更为准确的指导。 展开更多

关键词 绝缘栅双极型晶体管 动态雪崩 场路耦合 电热联合仿真 不均匀应力分布

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高压二极管动态雪崩问题的仿真 被引量：1

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作者 查祎英 吴郁 杨霏 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2013年第9期546-550,585,共6页

针对高压快恢复二极管的动态雪崩问题进行了仿真分析,给出了典型的二极管动态雪崩瞬态图形,提出了一种改善器件动态雪崩耐量的新型扩展区结构,并进行了仿真验证。从有源区和终端区两方面研究了器件结构参数对二极管动态雪崩耐量的影响... 针对高压快恢复二极管的动态雪崩问题进行了仿真分析,给出了典型的二极管动态雪崩瞬态图形,提出了一种改善器件动态雪崩耐量的新型扩展区结构,并进行了仿真验证。从有源区和终端区两方面研究了器件结构参数对二极管动态雪崩耐量的影响。在与同类产品作比较的基础上,初步仿真验证了新结构对改善器件抗动态雪崩能力的影响。仿真结果表明,器件基本特性参数保持合理,通过器件结构参数的优化和新型扩展区结构的引入,二极管抗动态雪崩能力改善可达35%以上,且采用不同终端结构的情况下改善效果有所差异。 展开更多

关键词 动态雪崩 结终端 高压二极管 寿命控制 仿真 扩展区

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100V沟槽MOS器件的动态雪崩失效分析 被引量：1

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作者 冉飞 冯全源 《电子元件与材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期1007-1011,共5页

为了更准确地认识功率器件在非钳位感性负载开关(UIS)测试中的动态雪崩失效过程,基于实际流片工艺,在Sentaurus TCAD软件中,采用元胞和终端并联仿真的方法,完成了两款不同终端耐压的100 V沟槽MOS器件的UIS仿真。通过仿真得到的各类特性... 为了更准确地认识功率器件在非钳位感性负载开关(UIS)测试中的动态雪崩失效过程,基于实际流片工艺,在Sentaurus TCAD软件中,采用元胞和终端并联仿真的方法,完成了两款不同终端耐压的100 V沟槽MOS器件的UIS仿真。通过仿真得到的各类特性参数,详细分析了两款器件的动态雪崩失效过程。结果表明器件在不同终端耐压条件下具有不同的动态雪崩失效机制,更高的终端耐压能够明显改善器件的雪崩性能,为功率MOS器件的可靠性设计和优化提供了理论指导。 展开更多

关键词 沟槽MOS 动态雪崩 失效分析 UIS 终端 并联仿真

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车用功率二极管动态雪崩击穿特性仿真分析

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作者 邓杰 关艳霞 +2 位作者 刘勇 刘亭 王卉如 《微处理机》 2022年第3期9-12,共4页

为研究车用功率二极管的损坏机制、实现较高的动态雪崩耐量,利用Silvaco TCAD软件对一般中小型斜面终端结构二极管进行动态仿真分析。通过对器件动态损坏机制、电场分布、电流密度分布和温度分布的考虑,仿真出二极管先后出现的一级、二... 为研究车用功率二极管的损坏机制、实现较高的动态雪崩耐量,利用Silvaco TCAD软件对一般中小型斜面终端结构二极管进行动态仿真分析。通过对器件动态损坏机制、电场分布、电流密度分布和温度分布的考虑,仿真出二极管先后出现的一级、二级、三级雪崩,并对三级雪崩产生的不可移动或移动缓慢的电流丝的成因做出详细分析。对车用功率二级管动态雪崩击穿进行仿真研究,深入揭示二级管动态击穿的损坏机理。研究为车用功率二级管的改进和选择提供有益的参考。 展开更多

关键词 动态雪崩 车用二极管 TCAD仿真 失效机理 电流丝 温度特性

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IGBT动态过电压失效的研究

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作者 郑翔 关艳霞 潘福泉 《电源技术应用》 2014年第1期45-49,共5页

绝缘栅型双极晶体管（IGBT）过电压击穿是一种常见的失效形式。由于电路中存在杂散电感，关断时会产生瞬间的高电压而引起动态雪崩击穿。通常误认为发生雪崩击穿是造成IGBT过压失效的根本原因。针对此问题，基于IGBT基本结构和PN结雪崩... 绝缘栅型双极晶体管（IGBT）过电压击穿是一种常见的失效形式。由于电路中存在杂散电感，关断时会产生瞬间的高电压而引起动态雪崩击穿。通常误认为发生雪崩击穿是造成IGBT过压失效的根本原因。针对此问题，基于IGBT基本结构和PN结雪崩击穿原理，利用SilvacO软件仿真IGBT正向阻断以及关断瞬态时的电流密度分布，并从能量的角度深入分析得出过电压击穿的本质是结温过高引起的热失效，并从理论上给出了几种改进措施，为IGBT的正确使用与工艺改进提供理论参考。 展开更多

关键词 绝缘栅型双极晶体管 动态雪崩击穿 热失效

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大面积IGCT的关断失效机理研究 被引量：1

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作者 姚德贵 董曼玲 +4 位作者 宋伟 张嘉涛 鲁一苇 肖超 杨武华 《固体电子学研究与进展》 CAS 北大核心 2023年第6期514-518,551,共6页

为了提高大面积集成门极换流晶闸管(IGCT)的最大可关断电流处理能力,以直径为91 mm的4.5 kV大面积IGCT为研究对象,针对其在研发过程中频繁出现的距离门极接触较远的外环失效现象,首先建立大面积IGCT芯片的仿真结构模型,然后给器件施加... 为了提高大面积集成门极换流晶闸管(IGCT)的最大可关断电流处理能力,以直径为91 mm的4.5 kV大面积IGCT为研究对象,针对其在研发过程中频繁出现的距离门极接触较远的外环失效现象,首先建立大面积IGCT芯片的仿真结构模型,然后给器件施加相应的关断应力,对器件的关断特性进行仿真分析。结果表明,距离门极接触较远的阴极环单元接收到的关断信号存在延迟,造成器件换流期间的内、外环部分电流分布不均匀,而动态雪崩效应的发生会加剧这种电流向外环的聚集效应,直至雪崩诱发的电流丝产生后,造成外环的阴极单元被重触发,最终导致器件因局部温升过高而失效。采用径向载流子寿命控制可抑制大面积IGCT因信号延迟造成的电流不均匀分布效应,提高器件的最大可关断电流能力。 展开更多

关键词 集成门极换流晶闸管 动态雪崩 电流丝 寿命控制

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20 kV SiC GTO关断失效机理研究

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作者 刘青 蒲红斌 《电力电子技术》 CSCD 北大核心 2021年第12期43-46,共4页

碳化硅(SiC)可关断晶闸管(GTO)在感性负载关断过程中,过流应力会导致器件发生关断失败的现象,从而影响器件的可靠性,限制安全工作区(SOA)。此处通过Sentaurus-TCAD模拟软件对20kVSiCGTO不同初始关断电流的关断特性进行了研究,分析了引... 碳化硅(SiC)可关断晶闸管(GTO)在感性负载关断过程中,过流应力会导致器件发生关断失败的现象,从而影响器件的可靠性,限制安全工作区(SOA)。此处通过Sentaurus-TCAD模拟软件对20kVSiCGTO不同初始关断电流的关断特性进行了研究,分析了引起关断失效的原因及其影响因素。结果表明,当关断电流密度达到-2400 A·cm^(-2)时,SiC GTO发生强烈的动态雪崩,产生稳定的电流丝,导致器件关断失效。另外,增加P^(+)缓冲层的掺杂浓度,动态雪崩效应被削弱,且器件关断时间减小了;而P^(+)缓冲层厚度的增加,对动态雪崩强弱几乎没有影响。外电路的门极电感由1nH增加为10nH,动态雪崩强烈,导致器件关断失败。 展开更多

关键词 晶闸管 动态雪崩 关断失效

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改善高压FRD结终端电流丝化的新结构 被引量：1

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作者 吴立成 吴郁 +4 位作者 魏峰 贾云鹏 胡冬青 金锐 査祎影 《电子科技》 2013年第10期98-100,104,共4页

动态雪崩问题是影响高压硅功率二极管如高压快恢复二极管(FRD)坚固性的一个主要因素。文中通过仿真计算,比较了高压FRD两种不同终端结构的动态雪崩特性。结果表明,横向变掺杂2(VLD)终端结构的动态雪崩耐量比结终端延伸(JTE)结构更优。... 动态雪崩问题是影响高压硅功率二极管如高压快恢复二极管(FRD)坚固性的一个主要因素。文中通过仿真计算,比较了高压FRD两种不同终端结构的动态雪崩特性。结果表明,横向变掺杂2(VLD)终端结构的动态雪崩耐量比结终端延伸(JTE)结构更优。为改善后者动态雪崩过程中结终端处的电流丝化问题,文中提出改用P+/P阳极结构中的P型缓冲层做介于有源区与终端区之间的电阻区。仿真结果表明,相应的电流丝化问题可得到显著缓解。 展开更多

关键词 快恢复二极管 动态雪崩 电流丝 终端结构

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具有可控基区底面空穴注入的新型二极管结构 被引量：1

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作者 陈民 J.鲁兹 +3 位作者 M.多梅克 H.费尔斯特 H.舒尔泽 梁苏军 《电气技术》 2006年第5期98-102,共5页

本文提出了一种3.3kV可控基区底面空穴注入的新型二极管结构,简称CIBH(ControlledInjectionofBacksideHoles)二极管。新二极管结构的特点是在阴极侧埋入浮置p层。这些p掺杂区在nn+结形成强电场,避免在nn+结产生雪崩。与无p层相同结构的... 本文提出了一种3.3kV可控基区底面空穴注入的新型二极管结构,简称CIBH(ControlledInjectionofBacksideHoles)二极管。新二极管结构的特点是在阴极侧埋入浮置p层。这些p掺杂区在nn+结形成强电场,避免在nn+结产生雪崩。与无p层相同结构的二极管相比,CIBH二极管显著改善了动态皮实性以及小电流密度下的软反向恢复特性。仿真和首次试制结果显示这一新二极管概念是可以实现的。 展开更多

关键词 二极管 可控基区底面空穴注入 动态皮实性 软反向恢复特性 动态雪崩

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