Концепция за дизайн на биполярен транзистор с изолиран затвор (IGBT).

Дизайнерската концепция на биполярен транзистор с изолиран затвор (IGBT) се фокусира върху комбинирането на предимствата на мощните MOSFET транзистори и биполярните транзистори (BJT/GTR), за да се преодолеят ограниченията на едно устройство при приложения с високо-напрежение и висок{1}}ток.

 

Основни концепции за дизайн

Композитна структура, комбинираща силни страни
IGBT интегрира високия входен импеданс, управлението на-напрежението и характеристиките за бързо превключване на MOSFET с ниския спад на напрежението на проводимостта и характеристиките с висока плътност на тока на BJT, образувайки хибридно устройство с „контролирано-напрежение + биполярно провеждане“.

 

Модулация на проводимостта за намаляване на загубата на проводимост
Чрез инжектиране на незначителни носители (дупки) в дрейфовата област на N⁻, ефектът на модулация на проводимостта значително намалява съпротивлението на -състоянието, позволявайки на IGBT да поддържа ниско напрежение на насищане (Vce(sat)) при високо напрежение, което е много по-добро от MOSFETs със същото номинално напрежение.

 

Вертикалната четири{0}}слойна структура (P⁺/N⁻/P/N⁺) оптимизира издръжливостта на напрежение и възможностите за ток
Използва се вертикална проводяща структура, където дебела, леко легирана N⁻ дрейфова област носи високоволтовото блокиране, а P⁺ колекторът ефективно инжектира дупки, балансирайки издръжливостта на високо напрежение и висок капацитет на ток.

 

Контролът на изолацията на MOS Gate опростява веригата на драйвера
Портата контролира образуването на канал чрез изолационен слой SiO₂ и може да се задвижва единствено от напрежение на порта, изисквайки минимална задвижваща мощност и елиминирайки нуждата от непрекъснат базов ток, както при BJT.

 

Поддържа висока честота на превключване и висока плътност на мощността
В сравнение с тиристорите или GTO, IGBT превключват по-бързо (до диапазон от сто kHz). С технологичния напредък (като седмо-поколение микро-изкопни и полеви-стоп структури), плътността на мощността продължава да се подобрява, което ги прави подходящи за високо-честотни, високо-ефективни приложения като нови енергийни превозни средства, фотоволтаични инвертори и промишлени честотни преобразуватели.

 

Философията на дизайна, отразена в технологичната еволюция
От Punch{0}}Through (PT) до Field-Stop (FS): Оптимизиране на N⁻ област допинг и буферни слоеве за намаляване на загубите при превключване и проводимост.

 

Структурата на Trench Gate заменя Planar Gate: Намаляване на размера на единицата и увеличаване на плътността на клетките, допълнително понижаване на еквивалентните Rds(on) параметри.

 

Интеграция и интелигентност: Например модулът IGBT от седмо-поколение интегрира FWD, драйвер и вериги за защита, повишавайки надеждността на системата.

 

Проучване на материали с широколентов диапазон: Нови материали като SiC и GaN, приложени към IGBT от следващо-поколение, имат за цел да постигнат честота на превключване на ниво MHz-и по-ниски загуби.