IGBT元件概述PPT课件

1、IGBT元件概述,半导体器件物理课程报告,报告人：小组成员：学校名称：西安交通大学,目录,CONTENTS,01,背景知识,02,发展历程,03,结构与工作原理,04,应用与未来,01,背景知识,01背景知识,电力电子器件（PowerElectronicDevice）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，

2、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（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,01背景知识（什么是IGBT）,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。,01背景知识,IGBT（绝缘栅双极型晶体管）兼有MOSFET的高输入阻抗和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、

3、阻断电压高,IGBT的“荣誉”,最先进功率电子器件,02专项重点扶持项目,电力电子行业的CPU,02,发展历程,MOSFET,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,LDMOS,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陷,LaterallyDiffusedMOSFET,VMOS&UMOS,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I

4、GBT的雏形,IGBT,InsulatedGateBipolarTransistors,03,IGBT结构及工作原理,IGBT结构,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,D-E,IGBT等效电路,对折,IGBT等效电路,1.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

5、的基极，使得NPN管导通3.NPN管进一步从PNP管抽取基电流,IGBT等效电路,输出特性曲线和转移特性曲线,04,应用与未来,04应用与未来,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。,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,01,1)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,03,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,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,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,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,04应用与未来,“透明集电区技术”与“电场中止技术”组合,第五代,在第五代基础上改进了沟槽栅结构，并以新的面貌出现,第六代