Koncept dizajna bipolarnog tranzistora s izoliranim vratima (IGBT).

Koncept dizajna bipolarnog tranzistora s izoliranim vratima (IGBT) fokusiran je na kombiniranje prednosti MOSFET-a snage i bipolarnih spojnih tranzistora (BJT/GTR) kako bi se prevladala ograničenja jednog uređaja u aplikacijama visokog-napona i visoke{1}}struje.

 

Temeljni koncepti dizajna

Kompozitna struktura, kombiniranje snaga
IGBT integrira visoku ulaznu impedanciju, rad-pokretan naponom i karakteristike brzog prebacivanja MOSFET-a s karakteristikama niskog pada napona vodljivosti i visoke gustoće struje BJT-ova, tvoreći hibridni uređaj "naponom-kontrolirane + bipolarne vodljivosti."

 

Modulacija provođenja radi smanjenja gubitka provođenja
Ubrizgavanjem manjinskih nositelja (rupa) u N⁻ područje pomaka, učinak modulacije vodljivosti značajno smanjuje-otpor stanja, dopuštajući IGBT-u da održava niski napon zasićenja (Vce(sat)) pod visokim naponom, daleko bolji od MOSFET-ova istog nazivnog napona.

 

Vertikalna četvero{0}}slojna struktura (P⁺/N⁻/P/N⁺) optimizira otpornost na napon i struju
Koristi se vertikalna vodljiva struktura, gdje debelo, lagano dopirano N⁻ područje drifta nosi visokonaponsko blokiranje, a P⁺ kolektor učinkovito ubrizgava rupe, uravnotežujući otpornost visokog napona i visoku nosivost struje.

 

Kontrola izolacije MOS vrata pojednostavljuje pogonski krug
Vrata kontroliraju formiranje kanala kroz SiO₂ izolacijski sloj i mogu se pokretati isključivo naponom vrata, zahtijevajući minimalnu pogonsku snagu i eliminirajući potrebu za kontinuiranom osnovnom strujom kao u BJT-ovima.

 

Podržava visoku frekvenciju prebacivanja i veliku gustoću snage
U usporedbi s tiristorima ili GTO-ima, IGBT-i se brže prebacuju (do raspona od sto kHz). S tehnološkim napretkom (kao što je sedma-generacija mikro-rovovskih i-zaustavnih struktura), gustoća snage nastavlja se poboljšavati, čineći ih prikladnima za visoko-frekventne,-učinkovite primjene kao što su nova energetska vozila, fotonaponski pretvarači i industrijski pretvarači frekvencije.

 

Filozofija dizajna odražena u tehnološkoj evoluciji
Od Punch-Through (PT) do Field-Stop (FS): Optimiziranje dopinga N⁻ regije i slojeva međuspremnika za smanjenje gubitaka preklapanja i provođenja.

 

Trench Gate struktura zamjenjuje planarna vrata: Smanjenje veličine jedinice i povećanje gustoće ćelija, dodatno snižavanje ekvivalentnih Rds(on) parametara.

 

Integracija i inteligencija: Na primjer, sedma-generacija IGBT modula integrira FWD, pokretačke i zaštitne krugove, povećavajući pouzdanost sustava.

 

Istraživanje materijala sa širokim pojasnim razmakom: Novi materijali kao što su SiC i GaN primijenjeni na sljedeću-generaciju IGBT-ova imaju za cilj postići frekvenciju prebacivanja razine MHz-i manje gubitke.