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IGBT最基础的知识,你看完就能懂!

芯长征科技  · 公众号  ·  · 2019-11-22 14:38

正文

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,具有功率MOSFET的高速性能与双极的低电阻性能两方面的优点。IGBT驱动功率小而饱和压降低,非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT的提出

MOSFET的结构是在低掺杂的衬底上制作高掺杂的源漏区,当漏电压增加时,耗尽区主要向低掺杂的衬底一侧延伸,当耗尽区延伸到源区时,器件便产生穿通。因此,要提高器件的耐压水平,可以提高衬底的掺杂,但衬底掺杂由阈值电压决定,不能无限提高。在结构上,可以增加沟道长度L,但这样一来,期间的宽长比减小,工作电流减小,因此,这种结构不容易实现MOS功率器件的高压大电流。为解决这一问题,各种新结构被提出,有LDMOS (lateral double diffused MOS,横向扩散金属氧化物半导体),VVMOS(vertical V-groove MOS),VUMOS(vertical U-groove MOS),VDMOS(vertical double diffused MOS)。一系列的改进之后,VDMOS克服了很多缺点,但导通电阻还是较大。


于是人们开拓了一个新思路,一方面保留功率MOS的优点,另一方面引入一个双极结型结构,这样,在器件导通时,双极结型结构会产生少数载流子注入效应,从而对n-漂移区的电导率进行调制,即电导调制效应,从而有效地降低n-漂移区的电阻率和器件的导通电阻。图1为最基本的IGBT结构图。

IGBT主要缺点


图1基本IGBT结构图


IGBT在克服了VDMOS缺点的同时,又带来了其自身固有的结构缺陷。IGBT隐含一种栅控四层pnpn晶闸管结构,这种寄生结构在一定的工作条件下会发生闩锁。闩锁会使IGBT失去栅控能力,器件无法自行关断,甚至会将IGBT永久性烧毁。也就是说,IGBT的最大工作电流受寄生晶闸管闩锁效应的限制。








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