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IGBT工作原理与MOSFET的关联

时间:2024-02-03 09:23来源:未知 作者:admin 点击:
IGBT 是绝缘栅双极 晶体管 的简称,是一种三端半导体开关器件,可用于多种 电子 设备中的高效快速开关。 IGBT 主要用于 放大器 ,用于通过脉冲宽度调制 (PWM) 切换/处理复杂的波形
IGBT 是绝缘栅双极晶体管的简称,是一种三端半导体开关器件,可用于多种电子设备中的高效快速开关。
IGBT 主要用于放大器,用于通过脉冲宽度调制 (PWM) 切换/处理复杂的波形。
IGBT 是 BJT 和 MOS管的融合,IGBT 的符号也代表相同。你可以看到输入侧代表具有栅极端子的 MOS管,输出侧代表具有集电极和发射极的 BJT。
集电极和发射极是导通端子,栅极是控制开关操作的控制端子。

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IGBT的电路符号与等效电路图
IGBT的工作原理
IGBT是将强电流高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道,而这个通道却具有很高的电阻率,因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征,IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。虽然一代功率MOSFET 器件大幅度改进了RDS(on)特性,但是在高电平时,功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。较低的压降,转换成一个低VCE(sat)的能力,以及IGBT的结构,同一个标准双极器件相比,可支持更高电流密度,并简化IGBT驱动器的原理图。
IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似,主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。其中一个MOSFET驱动两个双极器件。基片的应用在管体的P+和 N+ 区之间创建了一个J1结。 当正栅偏压使栅极下面反演P基区时,一个N沟道形成,同时出现一个电子流,并完全按照功率 MOSFET的方式产生一股电流。
IGBT和MOSFET的关联
80年代初期,用于功率MOSFET制造技术的DMOS(双扩散形成的金属-氧化物-半导体)工艺被采用到IGBT中来。在那个时候,硅芯片的结构是一种较厚的NPT(非穿通)型设计。后来,通过采用PT(穿通)型结构的方法得到了在参数折衷方面的一个显着改进,这是随着硅片上外延的技术进步,以及采用对应给定阻断电压所设计的n+缓冲层而进展的。几年中,这种在采用PT设计的外延片上制备的DMOS平面栅结构,其设计规则从5微米先进到3微米。
90年代中期,沟槽栅结构又返回到一种新概念的IGBT,它是采用从大规模集成(LSI)工艺借鉴来的硅干法刻蚀技术实现的新刻蚀工艺,但仍然是穿通(PT)型芯片结构。在这种沟槽结构中,实现了在通态电压和关断时间之间折衷的更重要的改进。硅芯片的重直结构也得到了急剧的转变,先是采用非穿通(NPT)结构,继而变化成弱穿通(LPT)结构,这就使安全工作区(SOA)得到同表面栅结构演变类似的改善。
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