IGCT器件與應用

曾嶸，清華大學電機系教授。教育部新世紀優秀人才（2005），國家傑出青年基金獲得者(2013)。目前主要從事電力電子器件與直流電網關鍵裝備、交直流電力系統電磁暫態及其防護等教學和研究工作。獲國家科技進步二等獎2項、國家技術發明獎1項、省部級科技獎10余項，共發表論文300余篇，其中被Appl. Phys. Lett., IEEE Trans. on PWRD、IEEE Trans. on PE、IEEE Trans. on DEI等收錄百余篇。多次擔任國際學術會議主席，合作創辦英文期刊IET《High Voltage》並任副主編等。

目錄

第1章IGCT基本概念

1.1功率半導體器件發展歷程

1.2IGCT器件結構和工作原理

1.3IGCT器件分類

1.3.1對稱反向阻斷IGCT

1.3.2不對稱反向阻斷IGCT

1.3.3反向導通IGCT

1.4IGCT器件的功率等級擴展及適用場景

參考文獻

第2章IGCT阻斷特性

2.1對稱IGCT有源區阻斷特性

2.1.1阻斷電壓與阻斷狀態下的漏電流

2.1.2給定阻斷要求下的N基區與P發射極結構設計

2.2不對稱IGCT有源區阻斷特性

2.2.1阻斷電壓與阻斷狀態下的漏電流

2.2.2給定阻斷要求下的N基區與N緩沖層結構設計

2.3邊緣終端結構

2.3.1平面終端結構

2.3.2斜面終端結構

參考文獻

第3章IGCT導通特性

3.1開通過程

3.2通態電壓

3.2.1理想情況下的通態電壓

3.2.2非理想情況下的通態電壓

3.3降低通態電壓的措施

3.3.1P發射極參數設計

3.3.2局部少子壽命控制

3.4浪湧耐受特性

參考文獻

第4章IGCT關斷特性

4.1關斷物理過程

4.2介觀行為分析方法

4.2.1介觀信號激勵

4.2.2介觀失效捕獲

4.3關斷失效機理

4.3.1不滿足硬驅動條件的關斷失效

4.3.2低壓自觸發的關斷失效

4.3.3高壓自觸發的關斷失效

4.4關斷能力提升方法

4.4.1硬驅動能力提升

4.4.2低壓自觸發抑制

4.4.3高壓自觸發抑制

參考文獻

第5章IGCT芯片制造工藝

5.1矽單晶生長及中子嬗變工藝

5.1.1晶體生長

5.1.2外延生長

5.1.3中子嬗變

5.2摻雜工藝

5.2.1擴散

5.2.2離子註入

5.3薄膜工藝

5.3.1熱氧化

5.3.2CVD

5.3.3PVD

5.4光刻及刻蝕工藝

5.4.1光刻

5.4.2濕法腐蝕

5.4.3幹法刻蝕

5.5邊緣終端工藝

5.5.1邊緣環切

5.5.2邊緣磨角

5.5.3邊緣腐蝕及鈍化保護

5.6少子壽命調控工藝

5.6.1電子輻照

5.6.2質子輻照

參考文獻

第6章IGCT封裝技術

6.1IGCT的壓接式封裝結構

6.2IGCT封裝的關鍵參數

6.2.1機械參數

6.2.2電學參數

6.2.3熱學參數

6.3IGCT封裝工藝

6.3.1組件加工與裝配

6.3.2焊接與氣密性檢測

6.4IGCT的先進封裝技術

6.4.1邊緣門極技術

6.4.2低溫鍵合技術

6.4.3集成水冷技術

6.4.4微流道技術

參考文獻

第7章IGCT驅動技術

7.1IGCT驅動原理及電路架構

7.2IGCT驅動關鍵電路設計

7.2.1開通電路

7.2.2關斷電路

7.2.3電源電路

7.3先進關斷電路拓撲

7.3.1多級電壓源換流

7.3.2陰極關斷換流

7.3.3電流源換流

7.3.4關斷電路拓撲對比

7.4IGCT驅動的RAMS性能

7.4.1可靠性

7.4.2可用性

7.4.3可維護性

7.4.4安全性

參考文獻

第8章IGCT測試與可靠性

8.1IGCT性能參數

8.1.1阻斷電特性參數

8.1.2通態電特性參數

8.1.3開通電特性參數

8.1.4關斷電特性參數

8.1.5反向恢復電特性參數

8.1.6門極驅動接口參數

8.1.7熱特性參數

8.1.8機械特性參數

8.2IGCT型式試驗與出廠試驗

8.2.1試驗項目

8.2.2環境試驗

8.2.3耐久試驗

8.2.4電磁兼容試驗

8.3IGCT宇宙射線失效

8.3.1宇宙射線損傷機理

8.3.2宇宙射線失效加固措施

參考文獻

第9章IGCT失效短路特性

9.1失效類型與失效點特征

9.1.1過電流通流失效

9.1.2過電流關斷失效

9.1.3過電壓阻斷失效

9.2失效後暫態沖擊耐受特性

9.2.1暫態沖擊下的封裝破裂機制

9.2.2不同失效類型下的暫態沖擊耐受特征

9.2.3器件抗破裂設計

9.3失效後長時電流通流耐受特性

9.3.1金屬-半導體的熔融互摻機制

9.3.2鄰近區域的自觸發擴展機制

參考文獻

第10章IGCT仿真模型

10.1IGCT模型分類

10.2基於行為特性的電路模型

10.2.1模型原理與架構

10.2.2電路搭建方法

10.3基於物理過程的緊湊模型

10.3.1模型原理與架構

10.3.2區域描述方程建立與驗證

10.3.3應用仿真案例

參考文獻

第11章IGCT在大功率中壓傳動系統的應用

11.1應用場景與發展現狀

11.1.1應用場景

11.1.2發展現狀

11.2典型拓撲與工作原理

11.3技術特性分析

11.4裝備設計與應用

11.4.1裝備設計

11.4.2應用情況

參考文獻

第12章IGCT在新型電力系統的應用

12.1混合換相換流器

12.1.1應用場景與發展現狀

12.1.2典型拓撲與工作原理

12.1.3技術特性分析

12.1.4裝備設計與工程應用

12.2模塊化多電平換流器

12.2.1應用場景與發展現狀

12.2.2典型拓撲與工作原理

12.2.3技術特性分析

12.2.4裝備設計與工程應用

12.3直流變壓器

12.3.1應用場景與發展現狀

12.3.2典型拓撲與工作原理

12.3.3技術特性分析

12.3.4裝備設計與工程應用

12.4直流斷路器

12.4.1應用場景與發展現狀

12.4.2典型拓撲與工作原理

12.4.3技術特性分析

12.4.4裝備設計與工程應用

參考文獻