Koncept zasnove bipolarnega tranzistorja z izoliranimi vrati (IGBT).

Koncept zasnove bipolarnega tranzistorja z izoliranimi vrati (IGBT) se osredotoča na združevanje prednosti močnostnih MOSFET-ov in bipolarnih spojnih tranzistorjev (BJT/GTR), da bi premagali omejitve ene same naprave pri aplikacijah z visoko-napetostjo in visokim{1}}tokom.

 

Osnovni oblikovalski koncepti

Kompozitna struktura, ki združuje prednosti
IGBT združuje visoko vhodno impedanco, napetost-pogonsko delovanje in hitre preklopne značilnosti MOSFET-jev z nizkim padcem prevodne napetosti in značilnostmi visoke tokovne gostote BJT-jev ter tvori hibridno napravo »napetostno-nadzorovane + bipolarne prevodnosti«.

 

Modulacija prevodnosti za zmanjšanje izgube prevodnosti
Z vbrizgavanjem manjšinskih nosilcev (lukenj) v območje odnašanja N⁻ učinek modulacije prevodnosti bistveno zmanjša-upor med stanjem, kar omogoča IGBT, da vzdržuje nizko nasičeno napetost (Vce(sat)) pod visoko napetostjo, ki je veliko boljša od MOSFET-jev enake nazivne napetosti.

 

Navpična štiri{0}}plastna struktura (P⁺/N⁻/P/N⁺) optimizira vzdržljivost napetosti in zmogljivost toka
Uporabljena je navpična prevodna struktura, kjer debelo, rahlo dopirano območje odnašanja N⁻ nosi visokonapetostno blokado, kolektor P⁺ pa učinkovito vbrizga luknje, kar uravnoteži odpornost na visoko napetost in visoko nosilnost toka.

 

Kontrola izolacije vrat MOS poenostavlja gonilniško vezje
Vrata nadzirajo tvorbo kanala skozi izolacijsko plast SiO₂ in jih je mogoče poganjati izključno z napetostjo vrat, kar zahteva minimalno pogonsko moč in odpravlja potrebo po neprekinjenem osnovnem toku, kot pri BJT.

 

Podpira visoko frekvenco preklopa in visoko gostoto moči
V primerjavi s tiristorji ali GTO IGBT preklopijo hitreje (do območja sto kHz). S tehnološkim napredkom (kot je sedma{1}}generacija mikro-rovov in-zapornih struktur) se gostota moči še naprej izboljšuje, zaradi česar so primerni za visoko-frekvenčne in-učinkovite aplikacije, kot so nova energetska vozila, fotovoltaični pretvorniki in industrijski frekvenčni pretvorniki.

 

Filozofija oblikovanja, ki se odraža v tehnološkem razvoju
Od Punch-Through (PT) do Field-Stop (FS): Optimizacija dopinga N⁻ regije in vmesnih plasti za zmanjšanje preklopnih in prevodnih izgub.

 

Struktura Trench Gate nadomešča planarna vrata: Zmanjšanje velikosti enote in povečanje gostote celic, nadaljnje znižanje enakovrednih parametrov Rds(on).

 

Integracija in inteligenca: Na primer, modul IGBT sedme-generacije združuje FWD, gonilnik in zaščitna vezja, kar povečuje zanesljivost sistema.

 

Raziskovanje materialov s širokopasovno vrzeljo: Novi materiali, kot sta SiC in GaN, ki se uporabljajo za naslednjo-generacijo IGBT-jev, želijo doseči frekvenco preklapljanja ravni MHz-in manjše izgube.