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研究生:徐志鵬
研究生(外文):Chih Peng Hsu
論文名稱:絕緣閘雙極性電晶體過流保護之研究
論文名稱(外文):Over-Current Protection in Insulated Gate Bipolar Transistor
指導教授:徐清祥徐清祥引用關係
指導教授(外文):Charles Ching-Hsiang Hsu
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:61
中文關鍵詞:絕緣閘雙極性電晶體過流保護
外文關鍵詞:IGBTOver-Current Protection
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摘 要
在電力電子產品之發展上,絕緣閘雙載子雙極性電晶體(IGBT)已漸漸取代雙極性電晶體(Bipolar)及金氧半電晶體(MOSFET),而成為高功率元件之主流。然而在應用上,絕緣閘雙載子雙極性電晶體易因為元件本身的閉鎖現象,或者是負載短路造成大的功率消耗,進而使得元件燒毀。加上近年來的發展趨勢,導通壓降持續降低,使得飽和電流增加,使元件要承受更大的應力。有鑑於此,本論文將著重在IGBT過流保護方面之研究,使IGBT元件本身能自我保護,而達到工作在安全之區域。
過去過流保護,大致著重於利用控制IC執行保護功能,近年來已發展至利用簡易之元件與IGBT整合成一起,無須外加其他電路來達到過流保護,如此可使製作成本大為降低。然現今的設計主要是利用同一晶片上面積較小的IGBT作為感測元件,再藉由主元件電流與感測電流的比率來判斷啟動保護電路與否,所以如何在不同的操作情況下,能夠維持固定的電流比率便成為設計的重點。在本論文中提出一個新的保護電路結構,為分離射極接觸的隔離式具過流保護之絕緣閘雙極性電晶體結構,大幅的提高感測元件之對閉鎖效應之免疫能力。
在設計的過程中將以標準的IGBT製程作為設計基礎,並藉由模擬軟體TSUPREM4以及MEDICI,變動製程參數與佈局參數,並觀察相對應的元件特性變化,以期達到與製程相容的最佳化設計。

目錄
摘要……………………………………………………………………………... i
致謝…………………………..……………….………………………………… ii
目錄……………………………………………………………………………... iii
附圖表目錄……………..………………………………………………………. v
第一章 緒論…………………………………………………………………... 1
第二章 回顧與發展……………………………………...………………….... 2
2.1 絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)結構之發展…………………………. 3
2.1.1 穿透型(Punch-Through, PT)結構之IGBT………………….. 3
2.1.2 非穿透式(Non-Punch-Through, NPT)結構之IGBT……….. 3
2.2 改善閉鎖(Latch-up)效應的發展…………….………………..…... 4
2.2.1 降低PNP電晶體的電流增益.……….…………………………. 4
2.2.3少數載子旁路(Bypass)與分路(Diverter)…..……………... 5
2.2.4元件單元結構的變化……………….……………………………. 5
2.3智慧型絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)的發展……………………… 6
2.3.1 具過壓(Over-Voltage)保護的IGBT………..…………………. 6
2.3.2 具過流(Over-Current)保護的IGBT………………………… 7
2.3.2 具過溫(Over-Temperature)保護的IGBT………………….. 7
第三章 元件結構與操作原理….…………………...…………………………. 18
3.1 基本元件結構….……………………………………………………... 18
3.2 操作原理……...………………………………………………………. 19
3.3 閉鎖原理……….……………………………………………………... 20
3.4 崩潰原理…………………………………..………………………….. 20
3.5 面臨的瓶頸與改進…………………………………………………… 21
第四章 元件的設計……………………………...…………………………….. 31
4.1 元件之製作流程…….………………………………………………... 31
4.2 元件之設計考量….…………………………………………………... 31
4.2.1 元件製程與電性模擬軟體的應用…………...………….………. 32
4.2.2 隔離式結構與隔離式分離射極接觸結構之比較………………. 34
4.3 模擬結果……..……………………………………………………….. 33
4.3.1 感測元件的閉鎖機制……………………………………………. 33
4.3.2 感測比例對Vce電壓的相依性比較……………..………………. 34
4.3.3 感測比例對溫度的相依性比較…………………………………. 35
第五章 結果與討論……………………………………………………………. 54
5.1 分離射極接觸結構的最佳化設計…………………………………… 54
5.2 過流保護電路中的其它考量………………………………………… 55
第六章 結論……………………………………………………………………. 59
參考文獻………………………………………………………………………... 60

參考文獻
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