مفهوم طراحی ترانزیستور دوقطبی گیت عایق (IGBT).

مفهوم طراحی ترانزیستور دوقطبی گیت عایق (IGBT) بر ترکیب مزایای ماسفت‌های قدرت و ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT/GTR) برای غلبه بر محدودیت‌های یک دستگاه واحد در کاربردهای-ولتاژ و جریان بالا{1} تمرکز دارد.

 

مفاهیم اصلی طراحی

ساختار ترکیبی، ترکیب نقاط قوت
IGBT ویژگی‌های امپدانس ورودی بالا، عملکرد ولتاژ{0} و سوئیچینگ سریع ماسفت‌ها را با ویژگی‌های افت ولتاژ هدایت پایین و چگالی جریان بالا BJT‌ها ادغام می‌کند و یک دستگاه ترکیبی با "ولتاژ-کنترل شده + هدایت دوقطبی را تشکیل می‌دهد."

 

مدولاسیون هدایت برای کاهش تلفات هدایت
با تزریق حامل های اقلیت (سوراخ ها) به ناحیه رانش N-، اثر مدولاسیون رسانایی به طور قابل توجهی مقاومت حالت را کاهش می دهد و به IGBT اجازه می دهد ولتاژ اشباع پایین (Vce(sat)) را تحت ولتاژ بالا حفظ کند که بسیار برتر از MOSFET های با همان رتبه ولتاژ است.

 

ساختار چهار لایه عمودی (P⁺/N⁻/P/N⁺) مقاومت ولتاژ و قابلیت جریان را بهینه می‌کند
یک ساختار رسانش عمودی استفاده می‌شود، جایی که یک منطقه رانش N- ضخیم و کم دوپ شده، مسدود کننده ولتاژ بالا را تحمل می‌کند، و کلکتور P+ به طور موثر سوراخ‌ها را تزریق می‌کند، مقاومت ولتاژ بالا و ظرفیت حمل جریان بالا را متعادل می‌کند.

 

کنترل عایق گیت MOS مدار راننده را ساده می کند
گیت تشکیل کانال را از طریق یک لایه عایق SiO2 کنترل می کند و می تواند صرفاً توسط ولتاژ گیت هدایت شود که به حداقل قدرت محرکه نیاز دارد و نیاز به جریان پایه پیوسته مانند BJT ها را از بین می برد.

 

از فرکانس سوئیچینگ بالا و چگالی توان بالا پشتیبانی می کند
در مقایسه با تریستورها یا GTOها، IGBTها سریعتر سوئیچ می کنند (تا محدوده صد کیلوهرتز). با پیشرفت‌های تکنولوژیکی (مانند ساختارهای -نسل هفتمین میکرو-ترانشه و میدان-توقف)، چگالی توان همچنان در حال بهبود است، و آنها را برای کاربردهای با فرکانس بالا- مانند وسایل نقلیه جدید انرژی، اینورترهای فتوولتائیک و مبدل‌های فرکانس صنعتی مناسب می‌سازد.

 

فلسفه طراحی که در تکامل تکنولوژی منعکس شده است
از پانچ-از طریق (PT) تا میدان-توقف (FS): بهینه‌سازی دوپینگ ناحیه N- و لایه‌های بافر برای کاهش تلفات سوئیچینگ و هدایت.

 

ساختار دروازه ترانچ جایگزین دروازه مسطح می شود: کاهش اندازه واحد و افزایش تراکم سلول، کاهش بیشتر پارامترهای Rds(on) معادل.

 

یکپارچه سازی و هوشمندی: به عنوان مثال، ماژول{0} نسل هفتم IGBT مدارهای FWD، درایور و حفاظت را ادغام می کند و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می دهد.

 

کاوش در مواد باند گپ گسترده: مواد جدیدی مانند SiC و GaN که در نسل بعدی IGBTهای-به کار می روند، هدفشان دستیابی به فرکانس سوئیچینگ سطح مگاهرتز-و تلفات کمتر است.