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澳门电子游戏正规网站定制开关电源:IGBT结构及其应用特点

来源:澳门电子游戏正规网站-【澳门十大正规网站】科技有      发布时间:2014-11-28     
高压IGBT的驱动简单,通过电流的能力强,特别是针对一些高压大电流的应用,具有相当大的成本优势,因此,在家电的电机控制以及工业设备中,如变频空调、变频冰箱和变频洗衣机的电机驱动,电磁炉,交流伺服系统、电焊机、太阳能逆变器,都获得了广泛的应用。

IGBT 具有不同的内部结构,如早期的穿透型、非穿透型和现在广泛应用的场截止型,以及平面栅结构发展到沟槽栅结构,这些不同的内部结构的IGBT,具有不同的特 性,因此也对应着不同的应用要求。本文将详细的介绍这些不同的结构,同时,论述这些结构的特性,增强对IGBT的认知感,从而正确的区别和选取不同结构的 IGBT,满足实际应用的要求。

平面型IGBT的结构

功 率MOSFET是N、P、N三层的结构,从图1(a)可以看到,IGBT是N、P、N、P四层的结构,相对于功率MOSFET,下面多了一层P,因 此,IGBT可以看作是一个小的控制MOSFET和一个大电流的三极管并联,同时,MOSFET的D极通过一个二极管连接到C极。

当 G极上加电压时,和功率MOSFET的工作原理一样,在G极下面P变成N,形成反型层,从而形成电流流通的沟道,内部的MOSFET就导通。当 MOSFET导通后,就将三极管的B极拉到地,从而将三极管导通,整个IGBT开通,开始工作。关断的过程与之类似。可以看到,IGBT相当于将绝缘栅简 单的电压制特性与双极三极管器件的强大导电能力结合起来,因此,具有二者的优点。
背面的P区为IGBT的集电极,P 区命名为集电区是为了在电路应用上与BJT 的符号标记取得一致,但在器件物理上,实际为寄生 PNP 的发射区,因此,又称为 背发射区。

平面型IGBT有三种常用的内部结构:穿通型,PT(Punch Through);非穿通型,NPT(Non Punch Through);场截止型,FS( Field Stop)。下面介绍平面穿通型IGBT结构及特点。

平面穿通型IGBT结构及特点

穿通型是最早的一种结构,在制作这种结构的IGBT时,先以P型的衬底为基础,在P上依次通过生长的方式制作N缓冲层、N外延层,然后再制作内部的体P型区(Body P)和N型发射极区。这种工艺的过程是先制作三极管,然后再制作MOSFET。

可以看到,对于穿通型结构,由于衬底的厚度大,为了减小导通压降,必须在衬底P区采用重掺杂,高的注入效率,可以保证低的导通压降,但是,容易形成过剩的载流子,从而减慢关断的速度,形成大的电流拖尾,产生大的开关损耗。

少子的寿命越长,扩散长度就越大。在三极管中,为了保证少数载流子在基区的复合尽量少,以获得较大的电流放大系数和通过电流的能力,这样,必须把基区宽度缩短到少数载流子的扩散长度以下,因此,要求基区的少数载流子寿命越长越好。

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