Abstract
絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)是一種結合了金氧半電晶體絕緣閘結構及雙極 性電晶體導通特性的切換用功率電晶體, 其具有易於驅動及高輸出電流密 度雙重優點, 極適合電力電子的應用. 然而其結構中寄生了一個PNPN四層 的閘流體結構, 此閘流體若被觸發導通將造成閘極失控的閂鎖現象, 必須 加以避免.在這次的實驗中, 利用通道離子佈植劑量的改變及磊晶層厚度 的不同, 觀察N+下方的並聯電阻及其內部之PNP 雙極性電晶體的共基電流 增益對閂鎖電流的影響. 由模擬及實驗的的結果均顯示出, 隨著通道離子 佈植劑量的增加, 使N+下方的並聯電阻降低, 絕緣閘雙極性電晶體的閂鎖 電流可大幅提昇; 而另一方面, 其臨界電壓值亦隨著通道離子佈植劑量的 增加而增加, 然而其變化幅度與閂鎖電流增加的幅度相比顯的相當的小, 因此, 此劑量應可再提高至1E14cm-2以上. 至於磊晶層厚度的增加, 則使 其內部之PNP 雙極性電晶體的共基電流增益降低, 閂鎖電流值亦可提高, 所以磊晶層較厚的高壓元件, 將具有較高的閂鎖電流.至於外界環境因素 對閂鎖電流的影響方面, 由實驗結果可知, 隨著溫度的升高, 閘極切換速 度的增加及電源電壓的提高, 閂鎖電流即隨之降低. 這是因為當溫度升高 時, 其內部的PNP 電晶體共基電流增益及寄生NPN 電晶體射基接面的並聯 電阻值即隨之增加; 而閘極切換速度的增加及電源電壓的增加, 則使得閘 極關閉瞬間流過並聯電阻的電洞電流增加, 所以造成閂鎖電流的降低.在 保護環(guard ring或floating field limiting ring)的設計方面, 實驗 值及模擬結果顯示保護環的間距有最佳值存在, 且崩潰電壓對此間距的偏 差相當敏感. 由單圈及兩圈保護環的結果可歸納出, 最佳設計的多圈保護 環其間距應該是愈往外愈大, 而外圈與次外圈之間距為單圈保護環的最佳 距離.