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IGBT的構造與工作原理詳解

作者:Jackie Zhao    文章來源:http://www.faneinbox.com/   
1.前言
       在絕緣柵雙極晶體管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)得到大力發展以前,功率場效應管MOSFET被用于需要快速開關的中低壓場合无需存款注册秒送18元,晶閘管、GTO被用于中高壓領域无需存款注册秒送18元。MOSFET雖然有開關速度快无需存款注册秒送18元、輸入阻抗高、熱穩定性好、驅動電路簡單的優點;但是无需存款注册秒送18元,在200V或更高電壓的場合,MOSFET的導通電阻隨著擊穿電壓的增加會迅速增加,使得其功耗大幅增加,存在著不能得到高耐壓、大容量元件等的缺陷。雙極晶體管具有優異的低正向導通壓降特性,雖然可以得到高耐壓、大容量的元件无需存款注册秒送18元;但是它要求的驅動電流大无需存款注册秒送18元,控制電路非常復雜,而且交換速度不夠快无需存款注册秒送18元。
       IGBT正是作為順應這種要求而開發的,它是由MOSFET(輸入級)和PNP晶體管(輸出級)復合而成的一種器件无需存款注册秒送18元,既有MOSFET器件驅動功率小和開關速度快的特點(控制和響應)无需存款注册秒送18元,又有雙極型器件飽和壓降低而容量大的特點(功率級較為耐用),頻率特性介于MOSFET與功率晶體管之間,可正常工作于幾十KHz頻率范圍內无需存款注册秒送18元;谶@些優異的特性无需存款注册秒送18元,IGBT一直廣泛使用在超過300V電壓的應用中无需存款注册秒送18元,模塊化的IGBT可以滿足更高的電流傳導要求,其應用領域不斷提高无需存款注册秒送18元,今后將有更大的發展无需存款注册秒送18元。
2IGBT構造與特性
       IGBT是由MOSFET和GTR技術結合而成的復合型開關器件无需存款注册秒送18元,是通過在功率MOSFET的漏極上追加p+層而構成的无需存款注册秒送18元,性能上也是結合了MOSFET和雙極型功率晶體管的優點。N+區稱為源區,附于其上的電極稱為源極(即發射極E)无需存款注册秒送18元。P+區稱為漏區。器件的控制區為柵區,附于其上的電極稱為柵極(即門極G)。溝道在緊靠柵區邊界形成。在C无需存款注册秒送18元、E兩極之間的P型區(包括P+和P-區)(溝道在該區域形成),稱為亞溝道區(Subchannel region)。而在漏區另一側的P+區稱為漏注入區(Drain injector)无需存款注册秒送18元,它是IGBT特有的功能區,與漏區和亞溝道區一起形成PNP雙極晶體管,起發射極的作用,向漏極注入空穴无需存款注册秒送18元,進行導電調制无需存款注册秒送18元无需存款注册秒送18元,以降低器件的通態壓降。附于漏注入區上的電極稱為漏極(即集電極C)无需存款注册秒送18元。

MOSFET及IGBT的結構及橫截面

       IGBT是由一個N溝道的MOSFET和一個PNP型GTR組成,它實際是以GTR為主導元件,以MOSFET為驅動元件的復合管。IGBT除了內含PNP晶體管結構,還有NPN晶體管結構,該NPN晶體管通過將其基極與發射極短接至MOSFET的源極金屬端使之關斷无需存款注册秒送18元。IGBT的4層PNPN結構,內含的PNP與NPN晶體管形成了一個可控硅的結構无需存款注册秒送18元,有可能會造成IGBT的擎柱效應无需存款注册秒送18元。IGBT與MOSFET不同无需存款注册秒送18元,內部沒有寄生的反向二極管,因此在實際使用中(感性負載)需要搭配適當的快恢復二極管。
IGBT的理想等效電路及實際等效如圖所示:

 IGBT的理想等效電路及實際等效電路

       由等效電路可將IGBT作為是對PNP雙極晶體管和功率MOSFET進行達林頓連接后形成的單片型Bi-MOS晶體管。
       因此无需存款注册秒送18元,在門極-發射極之間外加正電壓使功率MOSFET導通時,PNP晶體管的基極-集電極就連接上了低電阻,從而使PNP晶體管處于導通狀態,由于通過在漏極上追加p+層,在導通狀態下從p+層向n基極注入空穴,從而引發傳導性能的轉變,因此它與功率MOSFET相比,可以得到極低的通態電阻。
       此后无需存款注册秒送18元无需存款注册秒送18元,使門極-發射極之間的電壓為0V時,首先功率MOSFET處于斷路狀態,PNP晶體管的基極電流被切斷,從而處于斷路狀態无需存款注册秒送18元。
       如上所述,IGBT和功率MOSFET一樣,通過電壓信號可以控制開通和關斷動作。

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