发布时间:2011-11-03 04:32:09
1.IGBT的基本结构
绝缘栅双极晶体管(IGBT)本质上是一个场效应晶体管,只是在漏极和漏区之间多了一个 P 型层。根据国际电工***会的文件建议,其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。
图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构,N+区称为源区,附于其上的电极称为源极。 N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区(包括P+和P一区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区(Subchannel region )。而在漏区另一侧的 P+ 区称为漏注入区(Drain injector ),它是 IGBT 特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成 PNP 双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。
为了兼顾长期以来人们的习惯,IEC规定:源极引出的电极端子(含电极端)称为发射极端(子),漏极引出的电极端(子)称为集电极端(子)。这又回到双极晶体管的术语了。但仅此而已。
IGBT的结构剖面图如图2所示。它在结构上类似于MOSFET ,其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET 的N+基板(漏极)上增加了一个P+ 基板(IGBT 的集电极),形成PN结j1 ,并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。
图1 N沟道IGBT结构 图2 IGBT的结构剖面图
由图2可以看出,IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR ,其简化等效电路如图3所示。图中Rdr是厚基区GTR的扩展电阻。IGBT是以GTR 为主导件、MOSFET 为驱动件的复合结构。
N沟道IGBT的图形符号有两种,如图4所示。实际应用时,常使用图2-5所示的符号。对于P沟道,图形符号中的箭头方向恰好相反,如图4所示。
IGBT 的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极加正电压时,MOSFET 内形成沟道,并为PNP晶体管提供基极电流,从而使IGBT导通,此时,从P+区注到N一区进行电导调制,减少N一区的电阻 Rdr值,使高耐压的 IGBT 也具有低的通态压降。在栅极上加负电压时,MOSFET 内的沟道消失,PNP晶体管的基极电流被切断,IGBT 即关断。
正是由于 IGBT 是在N 沟道 MOSFET 的 N+ 基板上加一层 P+ 基板,形成了四层结构,由PNP-NPN晶体管构成 IGBT 。但是,NPN晶体管和发射极由于铝电极短路,设计时尽可能使NPN不起作用。所以说, IGBT 的基本工作与NPN晶体管无关,可以认为是将 N 沟道 MOSFET 作为输入极,PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。
采取这样的结构可在 N一层作电导率调制,提高电流密度。这是因 为从 P+ 基板经过 N+ 层向高电阻的 N一层注入少量载流子的结果。 IGBT 的设计是通过 PNP-NPN 晶体管的连接形成晶闸管。
2.IGBT模块的术语及其特性术语说明
术语 符号 定义及说明(测定条件参改说明书)
集电极、发射极间电压 VCES 栅极、发射极间短路时的集电极,发射极间的***大电压
栅极发极间电压 VGES 集电极、发射极间短路时的栅极,发射极间***大电压
集电极电流 IC 集电极所允许的***大直流电流
耗散功率 PC 单个IGBT所允许的***大耗散功率
结温 Tj 元件连续工作时芯片温厦
关断电流 ICES 栅极、发射极间短路,在集电极、发射极间加上指定的电压时的集电极电流。
漏电流 IGES 集电极、发射极间短路,在栅极、集电极间加上指定的电压时的栅极漏电流
饱和压降 V CE(sat) 在指定的集电极电流和栅极电压的情况下,集电极、发射极间的电压。
输入电容 Clss 集电极、发射极间处于交流短路状态,在栅极、发射极间及集电极、发射极间加上指定电压时,栅极、发射极间的电容
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