双极晶体管结温分布均匀性的一种判定方法

分析了当双极晶体管结温分布不均匀时用ΔＶＢＥ法测得的温度与器件结温分布以及测量条件的关系,提出了一种快速判断双极晶体管结温分布均匀性的方法．     

硅赝异质结双极晶体管的电学参数性能分析

具有重掺杂基区和中等掺杂发射区的硅赝异质结双极晶体管，其能带结构类似于真实异质结双极晶体管的能带结构。本文研究了硅赝质结双极晶体管的电流增益，截止频率和基区电阻等电学参数性能及其与温度的关系。并指出了硅赝异质结双极晶体管在低温下应用的潜力。     

基于反向恢复电流的绝缘栅双极型晶体管模块动态结温估测方法

针对传统结温估测方法响应速度慢、测量误差大问题,采用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)模块的反向恢复电流作为温敏电参数,提出一种新型结温估测方法。分析了IGBT模块结温和负载电流对反向恢复电流的影响机理,并建立了三者间的理论关系。考虑实际工况并采用试验数据拟合得到IGBT模块的结温预测模型,通过比较试验测量数据与预测模型计算结果的差异,证实了采用反向恢复电流提取IGBT模块动态结温的估测方法具有较高的估测精度和较快的响应速度。     

三相逆变器中绝缘栅双极型晶体管模块结温仿真评估

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块的工作性能和可靠性以及逆变器中IGBT模块散热系统的设计等均与其工作结温直接相关,掌握器件的结温状况对于确保其安全可靠的使用和冷却装置的合理选择具有重要意义。推导获得基于数学方法的IGBT模块损耗模型和实现热电模拟的Foster热网络模型,基于此在MATLAB/Simulink中建立了简单实用的三相逆变器中IGBT模块结温仿真评估模型,同半导体器件制造商软件计算方法相比,加入了热电耦合因素,可以更真实地模拟器件芯片结温状况,并分析了不同负载工况下IGBT模块结温的变化趋势     

nSi/pSi0.8Ge0.2/nSi与nSi/pSi/nSi晶体管直流特性的比较

采用一维有限差分方法,对生长在Si(001)衬底上的Si0.8Ge0.2应变基区异质结双极晶体管(HBT)与Si同质结双极晶体管(BJT)的直流特性进行了数值分析;给出了高斯掺杂情形下,基区中Ge含量为0.2的Si0.8Ge0.2HBT与Si同质双极结晶体管(BJT)的共射极电流放大系数图、Gummel图、平衡能带图和基区少子分布图,对比结果表明基区中Ge的引入有效地改善了晶体管的直流放大性能;其次对Si0.8Ge0.2HBT与SiBJT的大电流特性进行了比较,证实了在大电流下异质结基区少子向集电区扩展引起的异质结势垒效应,使Si0.8Ge0.2HBT的直流放大系数比SiBJT的放大系数下降更快这一实验结果.     

绝缘栅双极型晶体管脉冲工作时结温特性及温度分布研究

建立了电热耦合和损耗热场耦合计算模型,采用该模型,获得了相同外部条件下的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片结温波动特性及温度分布特征,完成了使用红外热成像实时探测短时脉冲工作方式下IGBT芯片表面温度波动及分布特性的预测.探测结果表明,在一定散热条件和占空比不大的情况时,短时脉冲间歇等非周期瞬态工作方式下芯片表面温度快速上升之后,进入一个缓慢的上升周期,实验也表明,在特殊工作场合时可突破器件手册推荐使用的最大电流值.利用建立的热分析模型,还可以实现对不同工作方式下器件结壳温差和结温波动幅度的预测.     

基于神经网络的IGBT结温预测

针对大电流下绝缘栅型双极晶体管(IGBT)饱和压降和集电极电流与结温之间的非线性关系带来的结温预测难题,搭建了大电流下IGBT饱和压降测试系统,获取了结温和集电极电流与饱和压降之间的非线性关系曲线,分析了关系曲线变化规律对应的物理机制.采用Matlab软件建立了误差反向传播(BP)神经网络模型和径向基函数(RBF)神经网络模型进行结温预测.与多项式数学模型预测结果对比表明:两种神经网络模型的预测相对误差和预测误差90%置信区间比多项式数学模型更小,结温预测精度更高;并且BP神经网络模型的预测精度高于RBF神经网络模型,结温预测模型选择时应优先考虑BP神经网络模型.     

稳压式变极性焊接电源中的IGBT功率损耗和温升模型

在稳压式变极性焊接电源的输出电流极性变换过程中,加载在绝缘栅双极型晶体管(IGBT)上的瞬间脉冲功率损耗可能会使IGBT结温发生突变,可能超过最高结温允许值,进而影响其安全工作。该文利用热-电等效的局部网络模型,导出了在电源给定输出电流和再燃弧电压等参数条件下的IGBT最高结温计算公式,并将计算结果与仿真结果进行对比,证明了导出公式的正确性。分析了主要运行参数对IGBT最高结温的影响,获得了在选定IGBT型号时将其结温控制在安全范围的约束条件,为变极性焊接电源二次逆变电路设计时合理选择IGBT器件和优化运行参数提供了参考。     

电动汽车电机控制器IGBT结温计算方法与验证

电动汽车电机控制器中的主要热源是绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块,其最大结温的高低是影响控制器可靠性的关键因素。为保证IGBT模块最大结温始终在其允许工作温度范围内,采用水冷方式对其进行散热。文章以某款纯电动汽车电机控制器为研究对象,结合传热学基本原理,提出了一种水冷散热器热阻估算方法,并用该方法得到的热阻值直接对IGBT模块结温进行计算;为验证计算方法的有效性,利用数值模拟的方法对水冷散热器内部流场以及IGBT结温进行仿真分析,同时进行试验测试,并将得到的3组结果进行对比。结果表明,该文提出的计算方法可以准确地得到IGBT在不同工况点的结温。     

Ge组分对Si_(1-x)Ge_x HBT反向击穿特性影响的研究

构建了一个SiGe异质结双极NPN晶体管的物理模型.在分析异质结双极晶体管工作机理的基础上,利用ISE_TCAD软件模拟了Si1-xGex中的Ge组分对器件反向击穿特性的影响.结果表明:在其他参数相同的情况下,增加Ge组分虽可增加晶体管的电流增益,但可导致晶体管的耐压降低,BVcbo、BVceo、BVebo等击穿电压均随x组分的增加而减少.本研究对利用软件实现器件的虚拟制造、以及设计中如何进行合理的组分剪裁从而获取综合性能的优化有一定意义.     

用改进的EM模型研究数字集成晶体管中的寄生晶体管效应

利用基尔霍夫电流定律修改双极晶体管的EM(Ebers—Mo11)模型，使得它适合描述4层结构的数字集成晶体管．这样通过流经各个PN结的电流的变化，可以研究数字集成晶体管在不同工作状态下寄生晶体管的效应．     

砷化镓HBT的VBIC模型研究

利用国际先进的2μm InGaP/GaAs HBT工艺加工生产线进行了晶体管芯片的加工,并在器件测试的基础上开展了模型参数的提取.所研究的模型主要是针对异质结双极晶体管器件HBT特别是砷化镓异质结双极晶体管器件,在对常用的几种器件模型,如EM模型、GP模型和VBIC模型的特点做比较的基础上,详细介绍了一种基于IC-CAP系统的准确提取VBIC模型的方法.利用提取的VBIC模型对所制备器件进行了模拟仿真,仿真结果与测试结果相比较二者可以很好吻合至20GHz.     

静电放电作用下双极型硅半导体晶体管仿真分析

为了研究静电放电对双极型硅晶体管的损伤机理,针对典型的NPN结构的双极型晶体管,运用Medici仿真软件建立了器件的仿真模型。从器件内部电流、电势、电场强度和电流密度分布变化的分析出发,研究了在静电放电电磁脉冲作用下其内在损伤过程与机理。通过仿真分析,一方面验证了该类器件对ESD最敏感的端对为CB结,而不是EB结。另一方面发现ESD对该类器件的损伤主要是过热损伤模式,损伤机理为热二次击穿。但两者机理有所不同：对于高掺杂的发射结反偏时先是发生了齐纳击穿,而后发生雪崩击穿,属于软击穿;而低掺杂的集电结反偏时只是发生了雪崩击穿,属于硬击穿。     

nSi／pSi1—xGex／nSi晶体管直流特性数值分析

采用一维有限差分方法,对生长在Ｓｉ（００１）衬底上的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ应变基区异质结双极晶体管（ＨＢＴ）的直流特性进行了数值分析,给出了高斯掺杂情形下,基区中不同Ｇｅ分布的Ｓｉ１－ｘＧｅｘＨＢＴ的共射极电流放大系数图、Ｇｕｍ－ｍｅｌ图和平衡能带图;与Ｓｉ双极同质结晶体管（ＢＪＴ）的直流特性作了对比,结果表明基区中Ｇｅ的引入有效地改善了晶体管的直流性能;其次对基区中Ｇｅ分布与ｐ型杂质在基区－集电区交界处的不一致进行了模拟,证实了基区杂质向集电区扩散产生的寄生势垒使集电极电流密度下降这一实验结果．     

非均匀能带结构简并半导体的电流方程

从基本的玻尔兹曼输运方程出发，推导了非均匀能带结构简并半导体中电子和空穴电流方程的一般形式，着重处理了方程中的载流子温度梯度项，给出了一种新的便于半导体器件数值分析的包含影响材料能带结构各主要因素的电流广义漂移扩散模型及相关系列公式。应用该模型对Ｓｉ／ＳｉＧｅ异质结双极晶体管的热电子效应进行了数值模拟和讨论。     

风电变流器IGBT模块通断延迟时间结温探测模型研究

针对风电变流器中绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)开关,研究基于通断延迟时间风电变流器IGBT模块结温探测方法.首先,从半导体物理机理视角分析了通断延迟时间的温敏机理和温敏特性,明确了本征载流子浓度、电流增益和载流子迁移率等影响通断延迟时间的物理因素.然后,设计IGBT模块的动态测试试验,测试不同母线电压或不同集电极电流条件下,通断延迟时间与结温的关系,并对试验结果进行分析.动态测试试验采用双脉冲法二极管钳位电路,提高通断过程栅极电压和集电极电流的动态特性测试精度,采用恒温控制底板加热设备,控制IGBT芯片温度.再后,对IGBT模块开关过程中不同结温下集电极电流和栅极电压波形进行分析,考虑电压电流影响的条件下,建立了基于开通及关断延迟时间的结温探测模型,并对比研究了模型精度.结果表明,基于关断延迟时间的结温探测精度较高、稳定性更强,且母线电压越高或者集电极电流越低,则关断延迟时间越大.最后,建立了基于关断延迟时间的IGBT结温探测模型,该模型考虑电压和电流影响,拟合精度高,平均相对误差小,可用于热平衡态风电变流器的IGBT模块的工作结温探测.     

fT为13.5?GHz的平面结构SiGe异质结双极晶体管的研制

利用多晶硅发射极技术与分子束外延生长SiGe基区技术相结合,研制成适于集成的平面结构、发射结面积为3?μm×8?μm的SiGe异质结双极晶体管(HBT)。室温下该晶体管的直流电流增益β为30到50,基极开路下,收集极-发射极反向击穿电压BVCEO为5?V,晶体管的截止频率fT为13.5?GHz。     

浅谈双极工艺生产中开关时间的控制

通过对双极晶体管生产工艺的理论分析,结合在双极磷扩线上实验所获得的数据,阐述双极晶体管的生产工艺中开关时间的控制因素,以及提高开关速度的途径.     

绝缘栅双极型晶体管失效机理与寿命预测模型分析

针对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的主要失效机理,特别是键合引线失效过程,采用高速红外热成像仪对键合引线失效过程的结温温度场分布实时探测试验,同时对IGBT模块电气与传热特性进行监控,发现IGBT在高结温与高温度梯度时主要的失效形式是键合引线翘曲与熔化,在外部特性上表现为集射极压降值增大,而热阻基本不变.提出了提高器件可靠性、延长使用寿命的方法.在加速寿命试验原理的基础上,通过开展高温下的功率循环测试,并对试验数据进行拟合,得到了加入电流等级和最高工作结温的改进寿命预测模型.通过试验数据误差分析对比,发现该模型精度较原有模型在不同测试条件下均有提高,适用范围从80 K拓宽到100K.     

高压IGBT暂态机理模型分析

在已有的绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)机理模型的基础上将IGBT分为金属-氧化层-半导体-场效晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)和双极结型晶体管(bipolar junction transistor,BJT)2部分,分别对其进行建模,同时给出了模型参数的提取方法。模型在Matlab中实现。以FZ600R65KF1型IGBT为例给出了模型参数值,并完成了该型号IGBT的单管测试实验。通过对高压IGBT开通暂态、关断暂态和开关损耗的仿真结果和实验结果进行比较,验证了机理模型对于高压IGBT的适用性。