编辑: wtshxd | 2019-07-14 |
7 代X系列 IGBT 的芯片技术,表面 采用沟槽栅结构,背面采用电场终止 (FS) 层结构的 IGBT. X 系列 RC-IGBT 和X系列 IGBT 一样,通过在第
6 代"V 系列" IGBT 的基础上进一步微细化,并优化表面结构,大幅 削减了影响到导通损耗的集电极 - 发射极间饱和电压VCE (sat) . 并且,通过运用最先进的薄晶圆加工技术,改善了饱和电压 RC-IGBT IGBT 发射极 栅极 集电极 阳极 发射极 (FWD) IGBT 区域 FWD 区域 (IGBT) 栅极 阴极 集电极 FWD 图1"X 系列" RC-IGBT 的简图和等效电路 23(23) 第7代"X 系列"产业用 RC-IGBT 模块 专辑:有助于能源管理的功率半导体富士电机技术期刊
2017 Vol.C9 No.1 和关断时的开关损耗的均衡关系.X 系列 RC-IGBT 内置于 FWD 区域内,因此,在集电极侧具有 pn 接合.因此,追 加了背面图样形成和杂质层形成工序,在同一芯片的背面形 成了 IGBT 集电极侧的 p 型层和 FWD 阴极侧的 n 型层.还 通过优化寿命控制,改善了均衡特性. 2.2 电气特性 图3中展示了1200 V X 系列RC-IGBT 的输出特性.X 系列 RC-IGBT 能用一块芯片向正向 (IGBT)和反 向(FWD)的两方向输出电流.通过运用第
7 代X系列 的芯片技术,实现了比 V 系列 IGBT 更低的饱和电压.另外,RC-IGBT 通过向 FWD 区域的阴极层注入电子,使得 IGBT 集电极层的电动注入受到抑制,很难发生电导率调制. 因此,有报告称在低饱和电压区域中会发生骤回现象 ⑸ , ⑹ .针对 这一问题,X 系列 RC-IGBT 通过对芯片的各结构进行优化, 消除了骤回现象. X 系列 RC-IGBT 的关断波形如图
4 所示,开通波形 如图
5 所示,反向恢复波形如图
6 所示.从图
4 可以看出, X 系列 RC-IGBT 的浪涌电压,与V系列 IGBT 和V系列 FWD 的组合、X 系列 IGBT 和X系列 FWD 的组合是相同 的.并且,尾电流小于 V 系列 IGBT 和V系列 FWD 的组合, 关断损耗 Eoff 降低 23%,观测不到异常波形.X 系列 RC- IGBT 为改善特性,相比 V 系列 IGBT 和V系列 FWD 的组 合,采用了更薄的晶圆.因为使用薄晶圆,关断时的振动和 耐压的降低令人担忧,但X系列 RC-IGBT 通过优化晶圆 的电阻率和各结构,抑制了振动和耐压的降低.如图
5 和图
6 所示,V 系列 IGBT 和V系列 FWD 的组合会产生剧烈的 波形,而X系列 RC-IGBT 通过优化寿命控制,实现了更 加柔和的电流波形.由于反向恢复电流的峰值 Irrm 和尾电流 的降低,反向恢复损耗 Err 减少了 20%.另外,开通波形 和反向恢复波形都观测不到异常波形. 图7中展示了以相同活性面积比较的 IGBT 的均衡特性. 图中 X 系列 RC-IGBT 的各点代表了凭借寿命控制的变更, 而对均衡特性进行调整后的结果.X 系列 RC-IGBT 在相 IGBT 区域 FWD 区域 n+ p+ n+ n+ n+ n+ 电场终止层 图2"X 系列" RC-IGBT 的截面图 V 系列 IGBT X 系列 IGBT X 系列 FWD V 系列 FWD X 系列 RC-IGBT IGBT(IC>0) FWD(IC