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IGBT元件的構(gòu)造與特征

作者:admin 來(lái)源:不詳 發(fā)布時(shí)間:2017-09-05  瀏覽:52

IGBT的構(gòu)造和功率MOSFET的對(duì)比如圖 1-1 所示。IGBT 是通過(guò)在功率MOSFET 的漏極上追加p+層而構(gòu)成的,從而具有以下種種特征。

(1) MOSFET的基本結(jié)構(gòu)(2) IGBT的基本結(jié)構(gòu)

圖 1-1 功率MOSFET 與IGBT 的構(gòu)造比較

1.1 電壓控制型元件

IGBT 的理想等效電路,正如圖 1-2 所示,是對(duì)pnp 雙極型晶體管和功率MOSFET 進(jìn)行達(dá)林頓連接后形成的單片型Bi-MOS晶體管。

,在門極—發(fā)射極之間外加正電壓使功率MOSFET導(dǎo)通時(shí),pnp 晶體管的基極—集電極間就連接上了低電阻,從而使pnp 晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)。

此后,使門極—發(fā)射極之間的電壓為0V 時(shí),首先功率MOSFET 處于斷路狀態(tài),pnp 晶體管的基極電流被切斷,從而處于斷路狀態(tài)。如上所述,IGBT和功率MOSFET 一樣,通過(guò)電壓信號(hào)可以控制開(kāi)通和關(guān)斷動(dòng)作。

圖 1-2 理想的等效電路

1.2 耐高壓、大容量

IGBT和功率MOSFET 同樣,雖然在門極上外加正電壓即可導(dǎo)通,但是由于通過(guò)在漏極上追加p+層,在導(dǎo)通狀態(tài)下從p+層向n 基極注入空穴,從而引發(fā)傳導(dǎo)性能的轉(zhuǎn)變,因此它與功率MOSFET 相比,可以得到極低的通態(tài)電阻。
解說(shuō)(請(qǐng)參照?qǐng)D 1-1 閱讀下面的解說(shuō))

下面對(duì)通過(guò) IGBT 可以得到低通態(tài)電壓的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

眾所周知,功率 MOSFET 是通過(guò)在門極上外加正電壓,使p 基極層形成溝道,從而進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)的。此時(shí),由于n 發(fā)射極(源極)層和n 基極層以溝道為媒介而導(dǎo)通,MOSFET 的漏極—源極之間形成了單一的半導(dǎo)體(如圖 1-1 中的n 型)。它的電特性也就成了單純的電阻。該電阻越低,通態(tài)電壓也就變得越低。但是,在MOSFET 進(jìn)行耐高壓化的同時(shí),n 基極層需要加厚,(n 基極層的作用是在阻斷狀態(tài)下,維持漏極—源極之間所外加的電壓。因此,需要維持的電壓越高,該層就越厚。)元件的耐壓性能越高,漏極—源極之間的電阻也就增加。正因?yàn)槿绱,高耐壓的功率MOSFET 的通態(tài)電阻變大,無(wú)法使大量的電流順利通過(guò),因此實(shí)現(xiàn)大容量化非常困難。

針對(duì)這一點(diǎn),IGBT 中由于追加了p+層,所以從漏極方面來(lái)看,它與n 基極層之間構(gòu)成了pn 二極管。因?yàn)檫@個(gè)二極管的作用,n 基極得到電導(dǎo)率調(diào)制,從而使通態(tài)電阻減小到幾乎可以忽略的值。因此,IGBT 與MOSFET 相比,能更容易地實(shí)現(xiàn)大容量化。

正如圖 1-2所表示的理想的等效電路那樣,IGBT 是pnp 雙極型晶體管和功率MOSFET 進(jìn)行達(dá)林頓連接后形成的單片級(jí)聯(lián)型Bi-MOS 晶體管。此外,IGBT 與雙極型晶體管的芯片和功率MOSFET 的芯片共同組合成的混合級(jí)聯(lián)型Bi-MOS 晶體管的區(qū)別就在于功率MOSFET 部的通態(tài)電阻。在IGBT 中功率MOSFET部的通態(tài)電阻變得其微小,再考慮到芯片間需要布線這一點(diǎn),IGBT 比混合級(jí)聯(lián)型Bi-MOS 晶體管優(yōu)越。

編輯:admin  最后修改時(shí)間:2017-09-22

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