IGBT的技術(shù)發(fā)展趨勢

    1、IGBT的研制

    在IGBT的研制中,要求功率開關(guān)電源適配器降低損耗,提高效率?提高性能,其研究的技術(shù)領(lǐng)域有：

     ①IGBT的開關(guān)電源適配器損耗與性能,開關(guān)電源適配器的損耗分為兩類：一類是電源適配器的通態(tài)正常(導通）損耗;另一類是從通態(tài)向斷態(tài)(從斷態(tài)向通態(tài)）轉(zhuǎn)換的開關(guān)電源適配器損耗。lGBT的特性有正常損耗(集電極?發(fā)射極間飽和電壓Uce(sat))特性和開關(guān)特性(斷開時間toff,有的用導通時間ton》,擊穿性能有閉鎖性能?短路性能,di/dt和dv/dt性能。

     ②改進開關(guān)電源適配器特性的技術(shù),為改進開關(guān)電源適配器特性所研制的技術(shù)主要是使?jié)舛扰c層的厚度達到最佳化,減少成為儲存載流子的空穴,使IGBT特有的集電極電流拖尾部分減少,通過單元圖形的最佳化減少輸人阻抗Rg使MOSFET部分極電荷充放電時間高速化,在高速化功率器件的基礎(chǔ)上所采用的技術(shù),縮知載流子的消滅時間,作為壽命時間限制方法,一般常采用重金屬擴散和電子射線照射等方法,通過壽命時間的控制,可以控制Ic的關(guān)斷特性,降低MOSFET部分的極電容量,可使充放電時間達到高速化。

     ③降低U=技術(shù),降低Uc=技術(shù)是通過濃度,層的厚度及保度的最佳化來降低電阻部分,借助精細化,提高單位面積的電流密度,使L與L的比達到最佳化,擴大MOSFET的反型層(陶道)單位芯片面積,減少道電阻,利用開關(guān)電源適配器特性的改進技術(shù),提高了壽命時間限制量,若加大壽命時間限制量,開關(guān)電源適配器特性能實現(xiàn)高速化,U=上升,在IGBT中,U=與開關(guān)電源適配器特性處于相關(guān)關(guān)系中,借助壽命時間控制,在該相關(guān)關(guān)系上可以找到你想要的任意工作狀態(tài)。

     ④提高擊穿性能技米,提高擊穿性能技術(shù)主要采取的是,抑制寄生NPN晶體管工作，抑制電場和電流集中

  2.IGBT的主要參數(shù)

       最大集射網(wǎng)電壓Uces由內(nèi)部PNP晶體管的擊穿電壓確定;最大集電極電流Lc包括額定直流電流Lcp和1ms脈寬最大電流Icp;最大集電極功耗Pcm為正常工溫度下允許的最大功耗?

        IGBT的特性和參數(shù)特點是:開關(guān)電源適配器速度度高,開關(guān)電源適配器損耗小,在電壓為1000V以上時,開關(guān)電源適配器損耗只有GTR的1/10,與功率MOSFET相當:在相同電壓和電流定額的情況下,安全工作區(qū)比GTR大,且具有耐脈沖電流沖擊能力:通態(tài)壓降比VDMENFET低,特別是在電流較大的區(qū)域;輸入阻抗高,輸入特性與MOSFET類創(chuàng);IGBT與MOSFET和GTR相比,其耐壓和通流能力還可以進一步提高,同時保持開關(guān)電源適配器頻率高的特點。

  3.IGBT的擎住效應(yīng)和安全工作區(qū)

         寄生晶閘管由一個N-PN+晶體管和作為主開關(guān)電源適配器的P+N-P晶體管組成。擎住效應(yīng)或自鎖效應(yīng)是指,NPN晶體管基極與發(fā)射極之間存在體區(qū)短路電阻,P形體區(qū)的橫向空穴電流會在該電阻上產(chǎn)生壓降,相當于對J3結(jié)施加正偏壓,一旦J3開通,柵極就會失去對集電極電流的控制作用,電流失控,動態(tài)擊住效應(yīng)比靜態(tài)住效應(yīng)所允許的集電極電流小。

         正編安全工作區(qū)(A)由最大集電極電流?最大集射極問電壓和最大集電極功耗確定

        反向偏置安全工作區(qū)(FBSOA)由最大集電極電流,最大集射極間電壓和最大允許電壓上升率duce/dt確定?

        擎住效應(yīng)管限制IGBT電流容量提高,20世紀90年代中后期這個問題逐得到解決，IGBT往往與反并聯(lián)的快速二極管封裝在一起,制成模塊,成為逆導器件。