【摘 要】
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绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管（Silicon on Insulator Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,SOI-LIGBT）具有输入阻抗高、电流能力强和易于集成等优点,成为单片智能功率芯片中的核心开关器件。U型沟道SOI-LIGBT器件具有高电流密度优势,有助于减少芯片的面积和成本。但由于独特的沟道结构,U型沟道器件的di/dt过高且不受控制
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绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管（Silicon on Insulator Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,SOI-LIGBT）具有输入阻抗高、电流能力强和易于集成等优点,成为单片智能功率芯片中的核心开关器件。U型沟道SOI-LIGBT器件具有高电流密度优势,有助于减少芯片的面积和成本。但由于独特的沟道结构,U型沟道器件的di/dt过高且不受控制,导致器件存在开启损耗高、噪声大以及闩锁风险高等问题。因此,U型沟道SOI-LIGBT器件di/dt可控性的研究与优化具有重要意义。研究发现,在双脉冲测试的二次开启过程中,由于空穴载流子在U型沟道SOI-LIGBT器件的JFET区快速积累,导致该处的电压快速抬升并出现负栅极电容现象。负栅极电容形成的位移电流极易导致器件出现栅极电压过冲,使得器件的di/dt可控性降低。本文在理论分析的基础上,提出了一种分段栅极结构,该结构将原始栅极分为第一栅极和第二栅极。除栅极部分外,分段栅极结构不改变U型沟道SOI-LIGBT器件的其它部分,不增加额外的掩膜版和工艺步骤。分段栅极结构的第一、第二栅极经不同电阻与外部信号相连,且第一栅极电阻的阻值远大于第二栅极电阻的阻值。开启过程中,第二栅极的电压上升速度大于其下方JFET区的电压上升速度,从而避免了栅极电压过冲。该设计方案提高了U型沟道器件的di/dt可控性,且不影响器件的电流、电压能力。仿真结果显示,在EON=41.8μJ的条件下,器件的di/dt下降了约74%。在母线电压为280V、负载电流为0.5A、第一栅极电阻为800Ω和第二栅极电阻为5Ω的条件下,di/dt由86.2A/μs降至41.9A/μs,开启损耗由49.5μJ降至39.8μJ,达到了设计指标。
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