IGBT

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。根据国际电工委员会的文件建议，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。

 

图3

图4

图5

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

V_CES

栅极、发射极间短路时的集电极，发射极间的最大电压

栅极发极间电压

V_GES

集电极、发射极间短路时的栅极，发射极间最大电压

集电极电流

I_C

集电极所允许的最大直流电流

耗散功率

P_C

单个IGBT所允许的最大耗散功率

结温

T_j

元件连续工作时芯片温厦

关断电流

I_CES

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

I_GES

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

C_lss

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

 三.IGBT模块使用上的注意事项

1. IGBT模块的选定

在使用IGBT模块的场合，选择何种电压，电流规格的IGBT模块，需要做周密的考虑。

[1] [2]  下一页

本文关键字：暂无联系方式元器件基础知识，电子学习 - 基础知识 - 元器件基础知识