Eristetyn portin bipolaaritransistorin (IGBT) suunnittelukonsepti

Insulated Gate Bipolar Transistorin (IGBT) suunnittelukonsepti keskittyy teho-MOSFET:ien ja bipolaaristen liitostransistorien (BJT/GTR) etujen yhdistämiseen, jotta voidaan voittaa yksittäisen laitteen rajoitukset korkean{0}}jännitteen ja korkean virran{1}}sovelluksissa.

 

Suunnittelun ydinkonseptit

Komposiittirakenne, vahvuuksien yhdistäminen
IGBT yhdistää MOSFETien korkean tuloimpedanssin, jännite-ohjatun toiminnan ja nopeat kytkentäominaisuudet sekä BJT:iden alhaisen johtavuuden jännitehäviön ja suuren virrantiheyden ominaisuudet muodostaen hybridilaitteen, jossa on "jännite-ohjattu + bipolaarinen johtuminen".

 

Johdon modulaatio johtavuushäviön vähentämiseksi
Injektoimalla vähemmistökantoaaltoja (reikiä) N-drift-alueelle johtavuuden modulaatiovaikutus vähentää merkittävästi -tilaresistanssia, jolloin IGBT voi ylläpitää matalaa kyllästysjännitettä (Vce(sat)) korkealla jännitteellä, joka on paljon parempi kuin saman jännitteen MOSFET:t.

 

Pystysuora neljä{0}}kerrosrakenne (P⁺/N⁻/P/N⁺) Optimoi jännitteenkestävyyden ja virrankeston
Käytetään pystysuoraa johtumisrakennetta, jossa paksu, kevyesti seostettu N-drift-alue kantaa korkeajännitteen estoa ja P⁺-kollektori ruiskuttaa tehokkaasti reikiä tasapainottaen korkeajännitteenkestävyyttä ja suurta virrankantokykyä.

 

MOS-portin eristyksen ohjaus yksinkertaistaa ohjainpiiriä
Hila ohjaa kanavan muodostusta SiO2-eristyskerroksen kautta ja sitä voidaan käyttää yksinomaan hilajännitteellä, mikä vaatii minimaalista käyttötehoa ja eliminoi jatkuvan perusvirran tarpeen, kuten BJT:issä.

 

Tukee suurta kytkentätaajuutta ja suurta tehotiheyttä
Tyristoreihin tai GTO:hin verrattuna IGBT:t vaihtuvat nopeammin (jopa sadan kHz:n alue). Teknologisen kehityksen (kuten seitsemännen -sukupolven mikrokaivannon ja kenttä-pysäytysrakenteet) ansiosta tehotiheys paranee jatkuvasti, mikä tekee niistä sopivia korkean-taajuuksille ja tehokkaille{5}}sovelluksille, kuten uusille energiaajoneuvoille, aurinkosähköinverttereille ja teollisille taajuusmuuntajille.

 

Suunnittelufilosofia heijastuu teknologiseen evoluutioon
Punch{0}}Through (PT) -kenttä-Stop (FS): Optimoi N⁻-alueen seostus- ja puskurikerrokset kytkentä- ja johtavuushäviöiden vähentämiseksi.

 

Trench Gate -rakenne korvaa tasomaisen portin: Pienentämällä yksikön kokoa ja lisäämällä solutiheyttä, alentaen edelleen vastaavia Rds(on) -parametreja.

 

Integrointi ja älykkyys: Esimerkiksi seitsemännen -sukupolven IGBT-moduuli yhdistää FWD-, ohjain- ja suojapiirit, mikä parantaa järjestelmän luotettavuutta.

 

Wide Bandgap -materiaalien tutkiminen: Uudet materiaalit, kuten SiC ja GaN, joita käytetään seuraavan -sukupolven IGBT:issä, pyrkivät saavuttamaan MHz-tason kytkentätaajuuden ja pienemmät häviöt.