CN110502805B - Igbt物理模型参数提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明采用的技术方案是：一种IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于包括以下步骤：获取IGBT物理模型参数的初始值及变换范围；通过IGBT动静态特性和IGBT模型参数的对应关系并结合IGBT模型参数实验测量结果修正模型参数。本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种IGBT物理模型参数提取方法，保证参数提取对模型仿真精度要求的同时，可极大简化IGBT物理模型参数的提取方法，提升了IGBT物理模型的实用性。

Description

IGBT物理模型参数提取方法
技术领域
本发明涉及电力电子器件建模与可靠性技术领域，具体涉及一种IGBT物理模型参数提取方法。
背景技术
对一定结构的IGBT而言，器件的内部参数对其性能具有决定性的影响，这些参数包括结构尺寸、掺杂浓度、过剩载流子寿命以及结电容、跨导等都将直接影响着IGBT的通态压降、开关速度、关断拖尾电流等各项动、静态性能指标。因此，要想建立准确的IGBT半导体物理模型并实现IGBT电气特性的精确仿真，参数的准确提取是必不可少的关键一环。同时，模型参数对于IGBT的设计与制造、结构与性能优化以及指导器件的安全使用等也具有重要的应用价值。
半导体物理模型是表征IGBT器件电气特性的一种仿真模型，因其能够在仿真精度与仿真效率中进行折中，成为目前广泛使用的一种IGBT模型。为了不断提高产品的综合性能，追求各项性能指标的最优化，器件生产厂商都会在IGBT的制造过程中对各个参数进行优化控制，例如采用中子辐照改变IGBT过剩载流子寿命，采用缓冲层技术改善开关性能等。不同厂商生产的IGBT在结构上都大同小异，性能的优劣往往取决于具体内部工艺参数，因此这些参数也是各个厂商的核心商业机密，不可能向一般研究者和工程技术人员公开。因此，模型参数的难以获取严重制约了IGBT物理模型的使用，限制了IGBT仿真模型在电力电子电路设计中的使用，需要找到一种有效的模型参数提取方法。
目前关于IGBT物理模型参数的提取，一般都是采用能够直接测量得到的IGBT三个端口电气参数结合一些经验公式进行估算，或者采用设计电路的方法来间接提取IGBT内部物理参数。前者使得模型误差较大，难以满足精度要求；后者提取步骤繁琐，且受提取电路精度的影响，参数的提取效果均难以满足仿真精度的需求，且实际应用起来可操作性不强。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种IGBT物理模型参数提取方法，保证参数提取对模型仿真精度要求的同时，可极大简化IGBT物理模型参数的提取方法，提升了IGBT物理模型的实用性。
本发明采用的技术方案是：一种IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于包括以下步骤：获取IGBT物理模型参数的初始值及变换范围；通过IGBT动静态特性和IGBT模型参数的对应关系并结合IGBT模型参数实验测量结果修正模型参数。
上述技术方案中，基于数据手册得到IGBT模块典型工况下的动静态特性；通过理论计算得到IGBT物理模型相关参数的典型值；基于半导体物理机理得出IGBT模型参数典型值的合理变化范围。
上述技术方案中，通过分析IGBT模型参数和温度对IGBT动静态特性的影响规律和影响程度，确定IGBT模型参数与IGBT动静态特性的对应关系。
上述技术方案中，结合IGBT模型参数实验测量结果，首先针对仅受唯一参数影响的动静态特性来修正该IGBT模型参数，然后针对受多个IGBT模型参数耦合影响的动静态特性，从主导参数开始依次修正，最后结合不同温度下的动静态特性变化，修正IGBT模型参数的温度系数；最终，得到不同温度下的IGBT模型参数修正结果，完成模型参数的提取。
上述技术方案中，基于IGBT模型参数初始值及合理范围，依据IGBT模型参数对IGBT开关瞬态特性的影响趋势及程度，在25℃下进行模型参数修正；根据IGBT瞬态特性随温度的近似线性变化关系，将在125℃下对模型内部的温度经验公式进行修正，使IGBT模型参数在整个温度范围内准确表征IGBT开关瞬态特性。
上述技术方案中，IGBT物理模型参数初始值及其合理范围计算方法如下：
(1)基区掺杂浓度NL
NL＝1.932×1018VB -1.4 对称型结构 (1-a)
Figure BDA0002150699380000031
式中，VB为IGBT集射级正向击穿电压，WL为基区宽度，q为电子电荷量常数，εsi为硅相对介电常数，ε0为空气介电常数。
(2)基区宽度WL
Figure BDA0002150699380000032
(3)基区过剩载流子寿命τL
Figure BDA0002150699380000033
Figure BDA0002150699380000034
其中αpnp为IGBT内寄生PNP晶体管的共基极电流放大倍数；toff为IGBT电流关断时间，LL为基区空穴扩散系数。
(4)跨导系数Kp
Figure BDA0002150699380000035
Figure BDA0002150699380000041
Figure BDA0002150699380000042
其中，P0为基区靠近集电极PN结边缘的过剩载流子浓度，Q1为基区等效载流子电荷，
Figure BDA0002150699380000043
为MOSFET的饱和电流，VGS为IGBT的栅射极电压，Vth为IGBT阈值电压，
Figure BDA0002150699380000044
为IGBT导通电流，βss为IGBT等效电流放大系数，W(t)为准中性基区宽度，b为电子迁移率和空穴迁移率比值，LL为基区空穴扩散系数。代入VGS、Vth及
Figure BDA0002150699380000045
可得Kp，
Figure BDA0002150699380000046
与相应的VGS可由器件数据手册获取。
(5)栅氧化层电容COXD
根据结电容表达式首先可估算得到栅极-集电极电容CGDJ的初始值，进而通过米勒电容CGD可得栅氧化层电容COXD的初始值，其中米勒电容CGD可由数据手册获取。
(6)栅极-发射极电容CGS
栅极-发射极电容CGS可近似为IGBT的输入电容Cies与反馈电容Cres之差，因此栅极-发射极电容CGS的初始值与合理数量级可通过式(8)进行计算，式中反馈电容Cres与输入电容Cies可直接由数据手册获取：
CGS＝Cies-Cres (8)
(7)其他模型参数
阈值电压Vth的初始值及合理修正范围可由数据手册获取。结构尺寸参数可由物理测量获取；根据IGBT生产厂家的公开资料，可获取缓冲层参照浓度NH、缓冲层过剩载流子寿命τH、缓冲层宽度WH的合理数量级；IGBT缓冲层中的少数载流子寿命由其掺杂浓度决定；基于半导体工艺参数分散性范围，带入参数初始值计算公式，可以得到模型参数初始值的变化范围，从而确定模型参数的初始值及其合理范围。
上述技术方案中，对开通延时tdon产生影响的模型参数是栅射极电容CGS、阈值电压Vth及米勒电容CGD；对电流上升时间tr产生影响的模型参数为：跨导系数Kp、阈值电压Vth、栅射极电容CGS及基区掺杂浓度NL；对关断延时tdoff产生影响的模型参数为栅射极电容CGS、阈值电压Vth、跨导系数Kp及栅氧化层电容COXD；对电流下降时间tf产生影响的模型参数为缓冲层过剩载流子寿命τH、基区过剩载流子寿命τL、缓冲层宽度WH、基于宽度WL、基区掺杂浓度NL。
上述技术方案中，器件内部与温度相关的IGBT物理模型参数，通过温度经验公式计算得到：
Figure BDA0002150699380000051
Vth(Tj)＝Vth(T0)-b×(Tj-T0) (13)
Figure BDA0002150699380000052
Figure BDA0002150699380000053
上式中，a、b、c、d、e与实际工作特性有关的温度系数，需要根据实际器件进行确定。τ(T0)、Vth(T0)、Kp(T0)及Isne(T0)分别表示过剩载流子寿命τ、阈值电压Vth、跨导系数以及发射极电子饱和电流在温度T0时的值；τ(Tj)、Vth(Tj)、Kp(Tj)及Isne(Tj)表示上述物理量在温度为Tj时的值；T0一般取25℃，Tj为实际工作结温。
上述技术方案中，优先选择受模型参数耦合影响种类较少的IBGT动静态特性，优先修正然后根对IBGT动静态特性的影响程度较大的IGBT模型参数，使参数修正后的模型所表征的IGBT开关瞬态特性更接近25℃下的数据手册值；优先选择与温度相关模型参数耦合影响种类较少的IBGT动静态特性进行温度系数修正。
上述技术方案中，排除已修正的模型参数，在其余待调整的IGBT动静态特性中，选择与参数耦合关系种类最少的特性进行下一步参数修正；在合理范围内使IGBT动静态特性首次满足要求，立即终止对该IGBT模型参数的修正。
本发明基于数据手册提供的信息和典型计算，得到IGBT物理模型参数的初始值及其合理修正范围；然后依据各参数对IGBT开关瞬态特性的影响规律和影响程度进行参数修正；最后基于修正后的参数对IGBT物理模型进行仿真及实验验证。结果表明，通过该方法得到的物理模型参数可使模型准确的表征IGBT开关瞬态特性。由于该方法仅通过器件数据手册和模型计算，无需采用复杂的电路提取方法，因此显著降低了IGBT物理模型参数的提取难度，提升了物理模型的实用性。
附图说明
图1带缓冲层IGBT结构示意图
图2 IGBT开关过程波形示意图
图3不同温度下tdon随Vth的变化规律
图4不同温度下tr随Kp的变化规律
图5不同温度下tr随Vth的变化规律
图6不同温度下tdoff随Vth的变化规律
图7不同温度下tf随τL的变化规律
图8不同温度下tf随τH的变化规律
图9tr随结温Tj的变化规律
图10tf随结温Tj的变化规律
图11Eon随结温Tj的变化规律
图12Eoff随结温Tj的变化规律
图13 IGBT双脉冲仿真测试电路
图14 IGBT物理模型参数提取流程图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明，便于清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
本发明提供了一种IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于包括以下步骤：获取IGBT物理模型参数的初始值及变换范围；通过IGBT动静态特性和IGBT模型参数的对应关系并结合IGBT模型参数实验测量结果修正模型参数，其具体步骤如下：
1、IGBT物理模型参数初始值及其合理范围的确定
IGBT典型结构示意图如图1所示。其物理模型参数主要包括：Vth，CGS，COXD，Kp，NL，WL，WH，τL，τH等与半导体工艺直接相关的参数。在模型参数修正过程中，若参数取值超出合理范围，则模型也将失去物理意义，因此在进行参数修正之前，首先应该确定参数初始值及合理的修正范围，具体计算方法如下所述：
(1)基区掺杂浓度NL
根据半导体理论可知，正向阻断时耗尽层主要在N-基区内延伸，基区掺杂浓度对IGBT的正向阻断性能起关键作用，因此NL的初始值与合理数量级可根据公式(1)估算得到，其中VB为击穿电压。
NL＝1.932×1018VB -1.4 对称型结构 (1-a)
Figure BDA0002150699380000071
(2)基区宽度WL
由于击穿电压与基区掺杂浓度及基区宽度密切相关，基区宽度的大小取决于基区掺杂浓度，因此可由公式(2)和公式(1)推算得到WL的初始值。
Figure BDA0002150699380000081
(3)基区过剩载流子寿命τL
可通过器件手册中的toff以及半导体理论公式对基区过剩载流子寿命的量级进行估算：
Figure BDA0002150699380000082
Figure BDA0002150699380000083
其中αpnp为IGBT内寄生PNP晶体管的共基极电流放大倍数；LLp为基区空穴扩散系数。
(4)跨导系数Kp
Kp的初始值可通过联立以下方程组计算得到：
Figure BDA0002150699380000084
Figure BDA0002150699380000085
Figure BDA0002150699380000086
其中，P0为基区靠近集电极PN结边缘的过剩载流子浓度，Q1为基区等效载流子电荷，
Figure BDA0002150699380000087
为MOSFET的饱和电流。代入VGS、Vth及
Figure BDA0002150699380000088
可得Kp，
Figure BDA0002150699380000089
与相应的VGS可由器件数据手册获取。
(5)COXD
根据结电容表达式首先可估算得到CGDJ的初始值，进而通过密勒电容CGD可得COXD的初始值，其中CGD可由数据手册获取。
(6)CGS
CGS可近似为IGBT的输入电容Cies与反馈电容Cres之差，因此CGS的初始值与合理数量级可通过式(8)进行计算，式中Cres与Cies可直接由数据手册获取。
CGS＝Cies-Cres (8)
(7)其他模型参数
Vth的初始值及合理修正范围可由数据手册获取。结构尺寸参数可由物理测量获取。
根据IGBT生产厂家的公开资料，可获取NH、τH、WH的合理数量级。且由半导体理论可知，IGBT缓冲层中的少数载流子寿命由其掺杂浓度决定。基于半导体工艺参数分散性范围，带入参数初始值计算公式，可以得到模型参数初始值的变化范围，从而确定模型参数的初始值及其合理范围。
2、IGBT物理模型参数对特性的影响规律和影响程度分析
2.1定温下模型参数对IGBT开通特性的影响规律和影响程度分析
IGBT的开通时间可分为两部分，如图2所示：开通延迟时间tdon与开通上升时间tr，基于已建立的物理模型，以模型参数为变量，在典型参数值的合理变化范围内，对各参数对tdon与tr的影响进行仿真。在开通延迟阶段，驱动电路向CGS充电，VGE(t)从低于Vth逐渐增加到高于Vth，当VGE(t)＝Vth时IGBT开通，ICE从零开始逐渐增大。因此，tdon与CGS、Vth及CGD有关。
ICE上升速率的变化将直接影响tr的大小。ICE包括MOSFET沟道电流Imos、IGBT集射极空穴电流IP及其内部结电容的充放电电流Ic，即：
ICE＝Imos+IP+Ic (9)
结合MOSFET原理可知，Kp、Vth及CGS的变化将对Imos产生影响；根据物理模型空穴电流的表达式(10)可知，与IP相关的模型参数有：NL、τL、WH及WL。
Figure BDA0002150699380000101
其中，Bb，QT，WH，DpH，CBCJ等均为物理模型半导体相关参数。
因此，对tr产生影响的模型参数为：Kp、Vth、CGS及NL。
2.2定温下模型参数对IGBT关断特性的影响规律和影响程度分析
IGBT的关断时间可分为：关断延迟时间tdoff与关断下降时间tf，如图2所示。分析关断延迟阶段的波形可知：随着CGS的放电，VGE(t)从VGG逐渐减小到VGP，VGP的大小仅与Vth、Kp相关。
Figure BDA0002150699380000102
在[t6-t7]内，VGE(t)处于米勒平台期，因此CGS、Vth、Kp及COXD将对tdoff产生影响。
IGBT的关断下降阶段可分为两部分：a)当VGE(t)下降至略低于Vth时，MOSFET内导电沟道消失，沟道电流迅速下降至零；b)虽然电子电流迅速消失，但IGBT内部仍残留大量的过剩载流子，它们将通过复合逐渐消失，造成关断电流的“拖尾”。由于过程a)是在瞬间完成，因此这段时间对tf的影响可忽略不计，较为缓慢的过剩载流子复合过程成为影响tf的主要因素，根据半导体理论可知，载流子复合率越大，复合效应越强，tf越小，而复合率与过剩载流子寿命及浓度有关，因此，综上分析可知与tf相关的模型参数有：τH、τL、WH、WL、NL。
模型参数对IGBT瞬态特性影响规律及影响程度仿真结果及汇总表如图3-图8和表1所示。
表1 开关瞬态下IGBT模型参数对特性的影响规律及影响程度(箭头方向表示影响规律，箭头数量表示影响程度)
Figure BDA0002150699380000111
2.3温度对IGBT特性影响规律及影响程度分析器件内部与温度相关的参数，可通过温度经验公式计算得到：
Figure BDA0002150699380000112
Vth(Tj)＝Vth(T0)-b×(Tj-T0) (13)
Figure BDA0002150699380000113
Figure BDA0002150699380000114
上式中，温度系数a、b、c、d、e为正，与实际工作特性有关，需要确定。τ(T0)、Vth(T0)、Kp(T0)及Isne(T0)分别表示过剩载流子浓度、阈值电压、跨导以及发射极电子饱和电流在温度T0时的值；τ(Tj)、Vth(Tj)、Kp(Tj)及Isne(Tj)表示温度为Tj时的值；T0一般取25℃，Tj为工作结温。结合这些与温度相关的参数与温度的变化关系以及参数与IGBT开关瞬态特性的变化关系，可得IGBT工作结温对其开关瞬态特性的影响。仿真分析结果如图9-图12所示。
3、IGBT物理模型参数修正方法
基于参数初始值及合理范围，依据参数对IGBT开关瞬态特性的影响趋势及程度，在25℃下进行模型参数修正；考虑到IGBT的温度特性，根据IGBT瞬态特性随温度的近似线性变化关系，将在125℃下对模型内部的温度经验公式进行修正，使模型可在整个温度范围内准确表征IGBT开关瞬态特性。
(1)25℃下模型参数修正
考虑到模型参数种类繁多，且对IGBT开关瞬态特性复杂的耦合影响，在此可依据表1所示的模型参数对IGBT瞬态特性的影响趋势及影响程度，优先选择受模型参数耦合影响种类较少的特性，然后根据参数对特性的影响程度选择优先修正的参数，使参数修正后的模型所表征的IGBT开关瞬态特性更接近25℃下的数据手册值，修正过程具体如下：
①tdon
分析表1可知，IGBT开关瞬态特性中，与tdon有关的参数种类最少——Vth与CGS，且CGS对tdon的影响更大，因此优先选择CGS并根据表1中CGS对tdon的影响规律对其进行修正，在合理范围内使tdon首次满足要求，立即终止对CGS的修正，否则可进一步对Vth进行修正，修正的方法及思路与CGS相同。
②tr
排除已修正的模型参数，在其余待调整的开关瞬态特性中，选择与参数耦合关系种类最少的特性进行下一步参数修正。观察表1可知，仅剩Kp和NL。考虑到IGBT正向阻断要求，在修正时应避免对NL的大幅调整，因此优先选择Kp进行修正。依据tr随Kp的变化规律，在Kp的合理变化范围内，当tr的值首次满足要求时，即可终止对Kp的修正，否则可微调NL使tr满足要求，终止对NL的修正。
③Eon
至此，与IGBT开通时间有关的瞬态特性调试完成，若IGBT的开通时间满足要求的情况下，Eon将同时满足要求。
④tdoff
排除上述已修正的参数，在其余待调整的特性中，对tdoff产生影响的参数仅有COXD，因此根据表中规律对COXD进行修正，使tdoff首次满足要求，即可终止。
⑤tf及Eoff
其余可修正的参数同时对Eoff与tf产生耦合影响，但是由于Eoff的大小不仅与tf有关，还与关断拖尾电流密切相关，因此优先选择tf进行调试。而WH和τH对拖尾电流的影响更大，因此在调试tf时，优先选择WL、τL进行修正。
根据tf随WL的变化规律，对WL进行修正，当tf的值首次满足要求时，即可终止对WL的修正，否则对τL进行修正，直到tf满足要求。同时，若Eoff同样满足要求，则完成参数修正，否则选择τH进行修正，tf和Eoff同时满足要求时，终止修正，完成25℃下的模型参数修正。
(2)125℃下模型参数修正
与25℃下的修正思路类似，在此优先选择与温度相关模型参数耦合影响种类较少的特性，进行温度系数修正。具体修正过程分析如下：
①tdon
优先选择修正Vth的温度系数a，当tdon首次满足要求时，终止对a的修正。
②tr
选择其余特性中受与温度相关的参数耦合影响最少的特性tr—Kp的温度系数b，当tr首次满足要求时，即可终止对b的修正。
③tdoff
由于空穴饱和漂移速度vsat,p随温度增加而减小，使tdoff随温度的增加而增加。因此可通过修正vsat,p的温度系数对tdoff进行调整。
④tf及Eoff
根据tf及Eoff的要求，同时修正τL与τH的温度系数，完成125℃下温度系数的修正工作。
4、IGBT物理模型参数提取方法
结合上述的分析方法和结论，得到IGBT物理模型参数提取方法：基于数据手册，得到IGBT模块典型工况下的动静态特性，通过理论计算，得到物理模型相关参数的典型值；然后，基于半导体物理机理，得出模型参数典型值的合理变化范围；接下来，通过分析模型参数和温度对IGBT动静态特性的影响规律和影响程度，确定模型参数与IGBT动静态特性的对应关系；进而，结合实测结果，首先针对仅受唯一参数影响的特性来修正该参数，然后针对受多参数耦合影响的特性，从主导参数开始依次修正，最后结合不同温度下的特性变化，修正参数的温度系数。最终，得到不同温度下的模型参数修正结果，实现模型参数的提取，提取方法流程图如图14所示。
5、实验验证
以英飞凌3300V/1500A IGBT模块为例进行仿真和实验验证。首先，基于建立的物理模型，分别取模型参数初始值及修正值对改进模型进行IGBT双脉冲测试仿真。仿真和测试电路如图13所示，其中L＝90uH，Rgon＝0.9Ω，Rgoff＝2.7Ω，ICE＝1500A、VDC＝1800V、LS＝40nH，CGE＝330nF。
表2为采用本发明方法提取的模型参数值，表3所示为IGBT模块采用模型参数初始值及本发明提取值的双脉冲仿真结果对比，可以看出，采用本发明的IGBT物理模型参数提取方法得到的模型参数，其仿真结果与实测结果吻合良好，验证了本发明提出的IGBT物理模型参数提取方法的正确性
表2 英飞凌FZ1500R33HL3IGBT模型的参数初始值与提取值
参数 初始值 本发明提取值
WL/cm 0.044 0.048
τL/s 5×10-6 6.5×10-6
Vth/V 5.8 6
CGS/F 1.2×10-9 2.5×10-9
COXD/F 5×10-8 7.8×10-8
τH/s 5×10-7 3×10-7
Kp/A/V2 3.0 5.0
a(τL) 1.5 1.0
a(τH) 1.5 1.0
c -1.5 -1.0
表3 英飞凌FZ1500R33HL3IGBT模块物理模型参数提取效果对比表
Figure BDA0002150699380000151
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于包括以下步骤：获取IGBT物理模型参数的初始值及变换范围；通过IGBT动静态特性和IGBT模型参数的对应关系并结合IGBT模型参数实验测量结果修正模型参数；
IGBT物理模型参数初始值及其合理范围计算方法如下：
(1)基区掺杂浓度NL
Figure FDA0004097494270000011
Figure FDA0004097494270000012
式中，VB为IGBT集射级正向击穿电压，WL为基区宽度，q为电子电荷量常数，εsi为硅相对介电常数，ε0为空气介电常数；
(2)基区宽度WL
Figure FDA0004097494270000013
(3)基区过剩载流子寿命τL
Figure FDA0004097494270000014
Figure FDA0004097494270000015
其中αpnp为IGBT内寄生PNP晶体管的共基极电流放大倍数，toff为IGBT电流关断时间，LL为基区空穴扩散系数；
(4)跨导系数Kp
Figure FDA0004097494270000016
Figure FDA0004097494270000017
Figure FDA0004097494270000021
Figure FDA0004097494270000022
其中，P0为基区靠近集电极PN结边缘的过剩载流子浓度，Q1为基区等效载流子电荷，
Figure FDA0004097494270000023
为MOSFET的饱和电流，VGS为IGBT的栅射极电压，Vth为IGBT阈值电压，
Figure FDA0004097494270000024
为IGBT导通电流，βss为IGBT等效电流放大系数，W(t)为准中性基区宽度，b为电子迁移率和空穴迁移率比值，LL为基区空穴扩散系数；代入VGS、Vth及
Figure FDA0004097494270000025
得到Kp，
Figure FDA0004097494270000026
与相应的VGS由器件数据手册获取；
(5)栅氧化层电容COXD
根据结电容表达式首先估算得到栅极-集电极电容CGDJ的初始值，进而通过米勒电容CGD得到栅氧化层电容COXD的初始值，其中米勒电容CGD由数据手册获取；
(6)栅极-发射极电容CGS
栅极-发射极电容CGS近似为IGBT的输入电容Cies与反馈电容Cres之差，栅极-发射极电容CGS的初始值与合理数量级通过式(8)进行计算，式中输入电容Cres与反馈电容Cies直接由数据手册获取：
CGS＝Cies-Cres (8)
(7)其他模型参数
阈值电压Vth的初始值及合理修正范围由数据手册获取；结构尺寸参数由物理测量获取；根据IGBT生产厂家的公开资料，获取缓冲层参照浓度NH、缓冲层过剩载流子寿命τH、缓冲层宽度WH的合理数量级；IGBT缓冲层中的少数载流子寿命由其掺杂浓度决定；基于半导体工艺参数分散性范围，带入参数初始值计算公式，得到模型参数初始值的变化范围，从而确定模型参数的初始值及其合理范围。
2.根据权利要求1所述的IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于基于数据手册得到IGBT模块典型工况下的动静态特性；通过理论计算得到IGBT物理模型相关参数的典型值；基于半导体物理机理得出IGBT模型参数典型值的合理变化范围。
3.根据权利要求1所述的IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于通过分析IGBT模型参数和温度对IGBT动静态特性的影响规律和影响程度，确定IGBT模型参数与IGBT动静态特性的对应关系。
4.根据权利要求1所述的IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于结合IGBT模型参数实验测量结果，首先针对仅受唯一参数影响的动静态特性来修正该IGBT模型参数，然后针对受多个IGBT模型参数耦合影响的动静态特性，从主导参数开始依次修正，最后结合不同温度下的动静态特性变化，修正IGBT模型参数的温度系数；最终，得到不同温度下的IGBT模型参数修正结果，完成模型参数的提取。
5.根据权利要求4所述的IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于基于IGBT模型参数初始值及合理范围，依据IGBT模型参数对IGBT开关瞬态特性的影响趋势及程度，在25℃下进行模型参数修正；根据IGBT瞬态特性随温度的近似线性变化关系，将在125℃下对模型内部的温度经验公式进行修正，使IGBT模型参数在整个温度范围内准确表征IGBT开关瞬态特性。
6.根据权利要求3所述的IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于对开通延时tdon产生影响的模型参数是栅射极电容CGS、阈值电压Vth及米勒电容CGD；对电流上升时间tr产生影响的模型参数为：跨导系数Kp、阈值电压Vth、栅射极电容CGS及基区掺杂浓度NL；对关断延时tdoff产生影响的模型参数为栅射极电容CGS、阈值电压Vth、跨导系数Kp及栅氧化层电容COXD；对电流下降时间tf产生影响的模型参数为缓冲层过剩载流子寿命τH、基区过剩载流子寿命τL、缓冲层宽度WH、基于宽度WL、基区掺杂浓度NL。
7.根据权利要求3所述的IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于器件内部与温度相关的IGBT物理模型参数，通过温度经验公式计算得到：
Figure FDA0004097494270000031
Vth(Tj)＝Vth(T0)-b×(Tj-T0) (13)
Figure FDA0004097494270000041
Figure FDA0004097494270000042
上式中，a、b、c、d、e与实际工作特性有关的温度系数，需要根据实际器件进行确定；τ(T0)、Vth(T0)、Kp(T0)及Isne(T0)分别表示过剩载流子寿命τ、阈值电压Vth、跨导系数以及发射极电子饱和电流在温度T0时的值；τ(Tj)、Vth(Tj)、Kp(Tj)及Isne(Tj)表示上述物理量在温度为Tj时的值；T0取25℃，Tj为实际工作结温。
8.根据权利要求5所述的IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于优先选择受模型参数耦合影响种类较少的IBGT动静态特性，优先修正然后根对IBGT动静态特性的影响程度较大的IGBT模型参数，使参数修正后的模型所表征的IGBT开关瞬态特性更接近25℃下的数据手册值；优先选择与温度相关模型参数耦合影响种类较少的IBGT动静态特性进行温度系数修正。
9.根据权利要求8所述的IGBT物理模型参数提取方法，其特征在于排除已修正的模型参数，在其余待调整的IGBT动静态特性中，选择与参数耦合关系种类最少的特性进行下一步参数修正；在合理范围内使IGBT动静态特性首次满足要求，立即终止对该IGBT模型参数的修正。
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