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IGBT知识综合 - IGBT是以GTR为主导件、MOSFET为驱动件的复合结构

绝缘栅双极晶体管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IEC/TC(CO)1339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2-53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(Sub channel 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2-53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。
由图2-54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2-55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2-56。所示。实际应用时,常使用图2-56b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2-57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--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。
 
     
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