IGBT元件概述PPT教案

1、会计学1IGBT元件概述元件概述第1页/共23页第2页/共23页电力电子器件（Power Electronic Device）又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件。其在功率变换技术的四个主要环节中 (输入整流、控制元件、逆变用电力电子器件和输出整流)扮演着不可或缺的角色。可以说是实现将“粗电”精炼成符合应用需要的“精电”的核心器件。电力电子电力电子器件器件电力电子器件主要有： 1.不可控器件，例如电力二极管； 2.半控型器件，例如晶闸管； 3.全控型器件，例如GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管），MOSFET（电力场效应晶体管） IGBT（

2、绝缘栅双极晶体管）：复合全控型电压驱动式功率半导体器件第3页/共23页MOSFET的结构是在低掺杂衬底上制作高掺杂的源漏区。具有优越的高频开关特性要提高器件的耐压水平，就要提高衬底的掺杂，但衬底掺杂由阈值电压决定，不能无限提高。标题数字等都可以通过点击和重新输入进行更改，顶部“开始”面板中可以对字体、字号、颜色、行距等进行修改。建议正文8-14号字，1.3倍字间距。在MOS中引入一个双极结型结构。在器件导通时，双极结型结构会产生少数载流子注入效应从而有效地降低n-漂移区的电阻率和器件的导通电阻。从而兼有高输入阻抗和低导通压降特点第4页/共23页IGBT（绝缘栅双极型晶体管）兼有MOSFET的高

3、输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，同时也克服了BJT尾电流拖曳和MOSFET耐压值不够的缺点工作速度快、开关损耗小、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好、驱动功率小载流量大、阻断电压高IGBT 的的“荣誉荣誉”最最先进功率先进功率电子器件电子器件02专项专项重点扶持项目重点扶持项目电电力力电子电子行业行业的的CPU第5页/共23页第6页/共23页优点：开关速度快，工作区大 缺点：占表面积过大击穿电压低，工作电流小第7页/共23页漂移区：在沟道和高掺杂的漏极间，有一个低掺杂的n型区，称之为漂移区可等效为一个MOSFET和一个电阻的串联，一定程度增大了耐压缺点：仍然没有解决横向线度过长的缺

4、陷LaterallyDiffusedMOSFET第8页/共23页V-shaped&U-shapedMOSFET特点：1.漏极下移，纵向导电，有利于通过纵向减薄控制电流，减小了线尺寸 2.将原有晶体管分成两个相对独立的部分，是IGBT的雏形第9页/共23页InsulatedGateBipolarTransistors第10页/共23页第11页/共23页1.为了能让MOSFET在导通时有两种载流子参与导电，加入p+注入层（injectionlayer）,从而加入了正偏的J1结，增加了空穴注入效应2.为了能快速关断，加入了n缓冲层（buffer），从而C注入的空穴被快速复合3.S - C,

5、D - EMetalMetalSilicon DioxideJ1第12页/共23页对折+VCC第13页/共23页+VCC1.当VGEVT时，MOS管导通，MOS管的源极从PNP管的基极抽取电流，从而PNP管导通2.当在C加正偏压时，PNP管的集电极流出电流，一部分经接地电阻流入信号地，一部分注入NPN管的基极，使得NPN管导通3.NPN管进一步从PNP管抽取基电流第14页/共23页Induced ChannelelectronsRMODPNPRBENPN第15页/共23页第16页/共23页第17页/共23页IGBT器件应用主要包括显示、照明、驱动、电源、电机调速、机车牵引和高压直流输电等领域。

6、应用领域应用领域02输入阻抗高、电压控制、电容输入、驱动电流小、控制电路简单、开关损耗小、开关速度快、频率响应好、工作温度高、热稳定性好等优势优势011) 场截止FS-IGBT：提高关闭速度2) 阳极短接(SA: Shorted-Anode)：提高饱和电流，降低饱和压降新技术新技术03第18页/共23页IGBT的雏形，导通电阻和关断功耗都比较高，没有普及使用。第一代第一代NPT-IGBT，用离子注入的技术生成P+集电极，保持基区载流子寿命而不影响稳态功耗，具有正温度系数特点第三代第三代PT-IGBT，基区电场加强呈梯形分布，所以可以减小芯片厚度从而减小功耗。第二代第二代Trench-IGBT，最大的改进是采用Trench结构，提高了电导调制效应减小了导通电阻，消除了JFET效应，有效特高耐压能力等第四代第四代“透明集电区技术”与“电场中止技术”组合第五代第五代在第五代基础上改进了沟槽栅结构，并以新的面