Концепция проектирования биполярного транзистора с изолированным затвором

Концепция конструкции биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) фокусируется на объединении преимуществ силовых МОП-транзисторов и транзисторов с биполярным переходом (BJT/GTR) для преодоления ограничений одного устройства в приложениях с высоким-напряжением и большим-током.

 

Основная концепция дизайна

Композитная структура, дополняющая сильные и слабые стороны
IGBT сочетает в себе высокий входной импеданс, работу под напряжением- и характеристики быстрого переключения MOSFET с низким падением напряжения проводимости и высокой плотностью тока BJT, образуя гибридное устройство «управление напряжением + биполярная проводимость».

 

Реализация модуляции проводимости для уменьшения потерь проводимости
Вводя неосновные носители (дырки) в область дрейфа N⁻, эффект модуляции проводимости значительно снижает сопротивление в -состоянии, позволяя IGBT поддерживать низкое напряжение насыщения (Vce(sat)) даже при высоком напряжении, что намного превосходит МОП-транзисторы с тем же номинальным напряжением.

 

Вертикальная четырехслойная-структура (P⁺/N⁻/P/N⁺) оптимизирует выдержку напряжения и допустимый ток
Используя структуру вертикальной проводимости, толстая и слегка легированная область дрейфа N⁻ обеспечивает блокировку высокого напряжения, в то время как коллектор P⁺ эффективно инжектирует дырки, балансируя устойчивость к высокому напряжению и большую пропускную способность по току.

 

Контроль изоляции MOS-затвора упрощает схему управления
Затвор контролирует формирование каналов через изоляционный слой SiO₂ и может управляться только напряжением затвора, что требует минимальной мощности возбуждения и устраняет необходимость в постоянном базовом токе, как в биполярном транзисторе.

 

Поддерживает высокую частоту переключения и высокую плотность мощности
По сравнению с тиристорами или GTO, IGBT имеют более высокие скорости переключения (в диапазоне до ста кГц), а благодаря технологическим достижениям (таким как микро-траншейные и полевые-стопорные конструкции седьмого-поколения) плотность мощности продолжает расти, что делает их пригодными для высоко-частотных и высоко-эффективных сценариев, таких как транспортные средства на новой энергии, фотоэлектрические инверторы и промышленные приводы с регулируемой частотой.