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IGBT工作原理

发布时间:2020-09-11 14:35:53来源:作者:点击数:

igbt是什么 igbt是什么意思

今天,POWER MOSFET(POWER METAL OXIDE SEMICONDUCTOR FIELD EFFECT TRANSISTOR:大功率金属氧化物半导体场效晶体管)已成为大功率组件(POWER DEVICE)的主流,在市场上居于主导地位。以计算机为首之电子装置对轻薄短小化以及高机能化的要求带动POWER MOSFET的发展,此一趋势方兴未艾,技术之进步永无止境。在庞大计算机市场支撑之下,IC 开发技术人员在“大功率组件采用单晶IC(MONOLITHIC)技术”方面促成了MOS系大功率组件的突破。尤其是低耐压大功率 MOSFET,随者其母体“MOS IC”之集积度的提高而性能大增(双极晶体管﹝BIPOLAR TRANSISTOR﹞无法达到)。大功率MOSFET的动作原理十分容易了解,适合于驱动电路及保护电路等制成IC。大功率组件(POWER DEVICE)不可避免地会发热,在此情况下,POWER MOSFET的MOS(METAL OXIDE SEMICONDUCTOR)系闸极(GATE)四周围绕的绝缘膜(材质通常为SiO2)的质量决定其特性及可靠度。在组件技术及应用技术确立之时期,开发完成“AVALANCHE FET”并付诸生产,此种组件即使是在崩溃(AVALANCHE)之情况下也不会发生破坏。之后,大功率 MOSFET(POWER MOSFET)剩下的未解决课题是高耐压化,1998年在市场崭露头角的“COOL MOS”将业界水平一举提高至相当高的层次。AVALANCHE FET 及COOL MOS可以说是确定MOS系大功率组件之评价的两大支柱。838电子在当初,IGBT(INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR)期待只将NCH POWER MOSFET 的基片(SUBSTRATE)的极性从n型变更成p型就能够实现高耐压、大电流组件,但是,IGBT 在本质上为双及组件(BIPOLAR DEVICE),对于单及组件(UNIPOLAR DEVICE)POWER MOSFET 世代的技术人员而言较为难以了解。近年来,双极晶体管(BIPOLAR TRANSISTOR)的基础知识以及以往所累积的宝贵经验重新受到重视,这是有趣的现象(本来,电子之技术革新有全盘推翻以往所有技术的趋势)。进入1990年代后,POWER MOSFET及IGBT等MOS系组件取双极系组件(SCR〔闸流体〕、BJT〔双极接合型晶体管〕)之地位而代之,如今已成为大功率组件(POWER DEVICE)之主流,其主要原因是,MOS系集成电路如今已成为IC 的主流了。随着手提型计算器及计算机等之迅速普及,为了节省消耗功率而延长电池之使用时间,性能稍差但省电的MOS IC顿时成为时代之宠儿。同时,导入先进之IC微细加工技术之后使得大功率组件之性能大幅提高。

 

代表性的数字IC的特征

 

制造技术

数位IC

积极度*

能源节约

动作速度**

低电压化

BIPOLAR

TTL

50

1~20m

1.5~10

5

I²L

300

100μ

15

1

MOS

CMOS

200

2.5μ

5~10

3

*5μrule之场合

GATE/mm²

W

n秒

V

**传输延迟时间

POWER MOSFET之特征第一个进入市场的MOS系大功率组件是POWER MOSFET,当初之高耐压MOSFET的功率损失(POWER LOSS)很大,而且,驱动方法与以往不同,因而为电路设计老手所排斥。不过,其高频特性十分优秀,不易破坏在低电源电压下动作时之功率损失(POWER LOSS)远低于以往之组件,因此,发挥其优点的应用技术逐渐普及,以缓慢而稳定的速度扩展市场。尤其是随着使用电池电源之携带型电子机器的迅速发展,POWER MOSFET扮演着十分重要的角色。838电子POWER MOSFET的弱点是高耐压化后之功率损失激增。使用市电AC电源之电子装置所使用的POWER MOSFET的耐压必须高达500~1000V左右,在此高压领域内,在动作原理上,其功率损失较双极(BIPOLAR)系大功率组件为大。如果将组件之芯片尺寸(CHIP SIZE)加大时能够降低功率损失,但是会增加成本(在比较组件之电气性能及价格时以相同大小之芯片的条件作比较)。

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