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IGBT的结构和原理

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深圳逸盛通科技有限公司

时间 : 2018-12-19 22:00 浏览量 : 100

IGBT

IGBT(绝缘栅双极晶体管)绝缘栅双极晶体管是由BJT(双极晶体管)和MOS(绝缘栅场效应晶体管)组成的复合完全控制电压驱动功率半导体器件,其具有两个MOSFET。 GTR的高输入阻抗和低导通电压降的优点。 GTR饱和电压降低,载流密度大,但驱动电流大; MOSFET驱动功率小,开关速度快,但导通电压降大,且载流密度小。 IGBT结合了上述两种器件的优点,具有低驱动功率和降低的饱和电压。适用于直流电压为600V及以上的转换器系统,如交流电机、逆变器、开关电源、照明电路、牵引驱动和其他领域。

igbt


IGBT的结构和原理


IGBT本质上是一个场效应晶体管。在结构上,IGBT非常接近P功率MOSFET。在背面的漏电极上增加了一个P+层,我们称之为注入层。上述功率MOSFET本质上是一种传统的MOSFET。它仍然与单载波(多载波)导电,所以我们还没有达到其最终性能。因此,一种新的结构被开发出来。除了MOSFET本身的电子之外,当功率MOSFET被开启时,我们如何能将空穴注入漏极?因此,自然地,在泄漏端(名字的来源)引入P+注入层,并且从泄漏端添加P+/N-驱动P-N结,但是它是偏置的,所以它不影响传导,但是增加了空穴注入效应,所以它的特性类似于BJT。有两种载体参与传导。所以最初的源头变成了发射器,排水变成了收集器。

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从上面的结构和右边的等效电路图可以看出,它有两个等效的BJT背对背链路。它实际上是PNPN的晶闸管,不是我们故意制造的,而是由结构产生的。正如我在5个月前关于Latch-up的文章(http://ic-..cn/?P=511),这种结构最致命的是锁存。控制锁存的关键是控制Rs,只要它满足α1+α2<1。


此外,这种结构的优点是提高电流驱动能力,但缺点是当器件关断时,通道在没有许多子电流的情况下被快速地切断,但是仍然有一些子孔被注入到集电器(排水)端子,因此整个器件的电流需要缓慢地t甩掉(尾流),影响设备的关闭时间和工作频率。这是开关器件的一大禁忌,因此在P+和N-驱动器之间引入N+缓冲层结构。该层的功能是使从收集器注入的孔在器件关断时迅速终止于N+中。


结合缓冲层以提高开关频率。我们称这种结构为PT-IGBT(穿透型),而NPT-IGBT没有N+缓冲区。

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一般来说,NPT-IGBT比PT-IGBT的Vce(sat)高,主要是因为NPT是正温度系数(P+衬底比空穴注入薄),而PT是负温度系数(因为P衬底较厚,所以晶体管的基极调制效应明显),Vce(sat)决定开关损耗,所以NPT必须如果需要相同的Vce(sat),则增加DRI。FT厚度,所以Ron增加。

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