Έννοια σχεδίασης διπολικού τρανζίστορ μονωμένης πύλης

Η σχεδίαση του Διπολικού Τρανζίστορ Insulated Gate (IGBT) επικεντρώνεται στην ενσωμάτωση των πλεονεκτημάτων των MOSFET ισχύος και των διπολικών τρανζίστορ διασταύρωσης (BJT/GTR) για την υπέρβαση των περιορισμών μιας μεμονωμένης συσκευής σε εφαρμογές υψηλής-τάσης και υψηλού{1} ρεύματος.

 

Βασική ιδέα σχεδίασης

Σύνθετη Δομή, Συμπλήρωση Δυνατών και Αδυναμιών
Το IGBT συνδυάζει την υψηλή σύνθετη αντίσταση εισόδου, τη λειτουργία{0}}κατευθυνόμενη από τάση και τα χαρακτηριστικά γρήγορης μεταγωγής των MOSFET με τα χαρακτηριστικά πτώσης τάσης χαμηλής αγωγιμότητας και υψηλής πυκνότητας ρεύματος των BJT, σχηματίζοντας μια υβριδική συσκευή "έλεγχος τάσης + διπολική αγωγιμότητα".

 

Εφαρμογή διαμόρφωσης αγωγιμότητας για τη μείωση της απώλειας αγωγιμότητας
Με την έγχυση μειοψηφικών φορέων (οπών) στην περιοχή μετατόπισης N-, το φαινόμενο διαμόρφωσης αγωγιμότητας μειώνει σημαντικά την αντίσταση-κατάστασης, επιτρέποντας στο IGBT να διατηρεί χαμηλή τάση κορεσμού (Vce(sat)) ακόμη και σε υψηλή τάση, πολύ ανώτερη από τα MOSFET με την ίδια ονομαστική τάση.

 

Κατακόρυφη δομή τεσσάρων επιπέδων- (P⁺/N⁻/P/N⁺) Βελτιστοποιεί την αντοχή στην τάση και την ικανότητα ρεύματος
Χρησιμοποιώντας μια δομή κατακόρυφης αγωγιμότητας, η παχιά και ελαφρά ντοπαρισμένη περιοχή μετατόπισης N- φέρει μπλοκάρισμα υψηλής τάσης, ενώ ο συλλέκτης P+ εγχέει αποτελεσματικά οπές, εξισορροπώντας την αντοχή σε υψηλή τάση και τη μεγάλη ικανότητα μεταφοράς ρεύματος.

 

Ο έλεγχος μόνωσης πύλης MOS απλοποιεί το κύκλωμα οδήγησης
Η πύλη ελέγχει το σχηματισμό καναλιού μέσω ενός στρώματος μόνωσης SiO2 και μπορεί να οδηγηθεί μόνο από την τάση πύλης, απαιτώντας ελάχιστη κινητήρια ισχύ και εξαλείφοντας την ανάγκη για συνεχές ρεύμα βάσης όπως ένα BJT.

 

Υποστηρίζει υψηλή συχνότητα μεταγωγής και υψηλή πυκνότητα ισχύος
Σε σύγκριση με τα θυρίστορ ή τα GTO, τα IGBT έχουν μεγαλύτερες ταχύτητες μεταγωγής (μέχρι το εύρος των εκατό kHz) και με τις τεχνολογικές προόδους (όπως δομές έβδομης γενιάς micro-trench και field-stop), η πυκνότητα ισχύος συνεχίζει να αυξάνεται, καθιστώντας τα κατάλληλα για υψηλή{3}νέα συχνότητα οχημάτων, όπως υψηλή{3}ενέργεια, υψηλή συχνότητα, φωτοβολταϊκοί μετατροπείς και βιομηχανικοί ηλεκτροκινητήρες μεταβλητής συχνότητας.