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《硅功率器件與電路的現(xiàn)狀及發(fā)展》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、硅功率器件與電路的現(xiàn)狀與發(fā)展楊建成(微電子與固體電子學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2009年10月)摘要：：本文介紹了功率器件的開關(guān)特性及電路反饋方法可更好的優(yōu)化功率變換器的電路設(shè)計(jì)及器件選擇。數(shù)學(xué)上從無旋靜電場(chǎng)方程，輸運(yùn)方程及半導(dǎo)體器件物理出發(fā)，推導(dǎo)解釋了三類離散型，垂直電流流動(dòng)結(jié)構(gòu)功率開關(guān)器件的擊穿電壓與導(dǎo)通電阻的相關(guān)問題；并對(duì)面向分岔，次諧波和混沌控制的功率電路的反饋控制方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。關(guān)鍵詞：超結(jié)功率器件(SJFET):IGBT,功率M0SFET；導(dǎo)通電阻(Ron)；擊穿電壓(BV)SiliconPowerE
2、lectronicDevicesandCircuits:StatusandTrendsJianchengYang(GuizhouUnivorsity,KeyLabofMicronano?electronicandSoftwareTechnology,Guiyang550025,China)Abstract：Theswitchingcharacteristics,onresistanceandblockingvoltage,andtheircontrolmethodsaresoprofoundlyinter
3、woventhatonlyagoodgraspofunderlyingsemiconductorphysics?thetheoryofcontrolanddynamicalsystemscanguaranteeoptimumcircuitdesignandcomponentselection.Weusefieldtheory,transportdiffusionequationsandsemiconductorphysicsmethodstoanalysetherelationshipsbetweenth
4、especificon-resistanceandavalanchebreakdownvoltageforthethreetypeofdiscrete,vertical-currentflow,powerswitchingdevices:powerMOSFET,IGBTandsupcijunotionpowerMOSFET;andalsointroduccthedesignorientedanalysisofthebufercationandchaoticcontrolofaDC-DCconverter.
5、Keywords：Supeijunctiondevice;Powersemiconductordevice;IGBT;On-resistance;Breakdownvoltage1引言自從1956年貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了第一個(gè)晶閘管以來，功率半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展不斷創(chuàng)新,經(jīng)歷了功率MOSFET,GTO,1GCT,IGBT,SJFET等不同時(shí)代的新器件。半導(dǎo)體功率器件正朝著高頻，大電流，高電壓，柵控可關(guān)斷方向發(fā)展。圖1是一個(gè)功率變換電路示意圖。圖中的開關(guān)功率器件可以是一個(gè)功率M0SFET,可以是一個(gè)IGBT,也可以是
6、一個(gè)SJFETo對(duì)一個(gè)功率開關(guān)器件，我們希望，開狀態(tài)時(shí)器件能承受足夠高的壓降，即具有足夠高的擊穿電壓；而關(guān)狀態(tài)時(shí)，器件應(yīng)有大的導(dǎo)通電流，從而最小化器件導(dǎo)通壓降以降低功率損耗。換言之，器件應(yīng)有足夠小的導(dǎo)通電阻。本文將分析硅功率MOSFET,IGBT,及SJFET的擊穿電壓與導(dǎo)通電阻的相關(guān)問題。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的功率逆變器輸出電壓應(yīng)該是一個(gè)正弦波形。然而，實(shí)際的波形卻是一個(gè)含有多次諧波成份的非標(biāo)準(zhǔn)波形。通常,使用可控PWM,RESONANT-PULSE等信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以盡可能減小其諧波成份。在數(shù)學(xué)上，我們常用無旋場(chǎng)(
7、p-J/=O,V-E^O)來描述靜電場(chǎng)。這/也是我們?cè)诿枋鰣?chǎng)效應(yīng)器件時(shí)所用的基本數(shù)學(xué)方法。電介質(zhì)中靜電場(chǎng)的高斯公式為：g-E?dS=JjjV-E(N=工Q+工如$Q其中Qp為介質(zhì)中的極化電荷，&丿為真空中的介電常數(shù);相應(yīng)的微分形式為：=其中的￡為介質(zhì)中的介電E常數(shù),P為電荷密度。用半導(dǎo)體的介電常數(shù)，摻雜濃度取代電荷密度及介質(zhì)介電常數(shù)后，利用電介質(zhì)屮的靜電場(chǎng)高斯公式可導(dǎo)出MOSFET的電流電壓關(guān)系，以及我們所感興趣的場(chǎng)效應(yīng)功率器件的擊穿電壓與導(dǎo)通電阻關(guān)系。對(duì)PN結(jié)二極管及雙極晶體管，我們將以與時(shí)間有關(guān)的空穴
8、和電子的擴(kuò)散方程及靜電場(chǎng)泊松方程為出發(fā)點(diǎn)，推出雙極輸運(yùn)方程。雙極輸運(yùn)方程是描述晶體管內(nèi)部載流子擴(kuò)散及漂移運(yùn)動(dòng)的非線性微分方程，是推導(dǎo)晶體管的電流電壓關(guān)系及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)估算的基本方程式。2硅功率開關(guān)器件工業(yè)上，有三類離散型，垂直電流流動(dòng)結(jié)構(gòu)的功率開關(guān)器件：傳統(tǒng)的功率MOSFET,常用于功率開關(guān)電源裝置，是一種高頻低壓功率開關(guān)器件；IGBT,是一種高壓(300伏以上)功率開關(guān)器件；常用在新能源，工業(yè)機(jī)器人，電動(dòng)汽車等領(lǐng)域；SJF
