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IGBT 的基本结构
[ 录入者:elitist | 时间:2008-01-23 08:56:19 | 作者: | 来源: | 浏览:30次 ]
   绝缘栅双极晶体管本质上是一个场效应晶体管,只是在漏极和漏区之间多了一个    P 型层。根据国际电   工委员会    IEC TC  CO    13 3 9 文件建议,其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。

      2 53 所示为一个 N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构, N+ 区称为源区,附于其上的电极称为源极。 N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区,附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的 P 型区(包括 P+ P 一区)(沟道在该区域形成),称为亚沟道区( Subchannel  region )。而在漏区另一侧的 P+ 区称为漏注入区(  Drain    injector ),它是    IGBT 特有的功能区,与漏区和亚沟道区一起形成  PNP 双极晶体管,起发射极的作用,向漏极注入空穴,进行导电调制,以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。

   为了兼顾长期以来人们的习惯, IEC 规定:源极引出的电极端子(含电极端)称为发射极端(子),漏极引出的电极端(子)称为集电极端(子)。这又回到双极晶体管的术语了。但仅此而已。

    IGBT 的结构剖面图如图 2 53 所示。它在结构上类似于 MOSFET ,其不同点在于  IGBT 是在  N 沟道功率   MOSFET    N+ 基板(漏极)上增加了一个 P+ 基板(  IGBT 的集电极),形成 PN j1 ,并由此引出漏极、栅极和源极则完全与 MOSFET 相似。

  253.pcx (74418 字节)254.pcx (38718 字节)

    由图   2  5 4 可以看出,  IGBT 相当于一个由 MOSFET 驱动的厚基区 GTR ,其简化等效电路如图 2 55 所示。图中 Rdr 是厚基区 GTR 的扩展电阻。 IGBT 是以 GTR 为主导件、     MOSFET 为驱动件的复合结构。

    N 沟道 IGBT 的图形符号有两种,如图 2 56 。所示。实际应用时,常使用图    2  5 6b 所示的符号。

对于 P 沟道,图形符号中的箭头方向恰好相反,如图  2 57 所示。

 255.pcx (28354 字节)

IGBT 的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极加正电压时, MOSFET 内形成沟道,并为 PNP 晶体管提供基极电流,从而使 IGBT 导通,此时,从    P+ 区注到    N 一区进行电导调制,减少    N    区的电阻 Rdr 值,使高耐压的 IGBT 也具有低的通态压降。在栅极上加负电压时, MOSFET 内的沟道消失, PNP 晶体管的基极电流被切断, IGBT 即关断。

     正是由于    IGBT 是在   N 沟道    MOSFET    N+ 基板上加一层    P+ 基板,形成了四层结构,由 PNP NPN 晶体管构成 IGBT 。但是, NPN 晶体管和发射极由于铝电极短路,设计时尽可能使 NPN 不起作用。所   以说, IGBT 的基本工作与 NPN 晶体管无关,可以认为是将 N 沟道 MOSFET 作为输入极, PNP 晶体管作为输出极的单向达林顿管。

     采取这样的结构可在 N 一层作电导率调制,提高电流密度。这是因    为从 P+ 基板经过 N+ 层向高电阻的    N-- 层注入少量载流子的结果。 IGBT 的设计是通过 PNP NPN 晶体管的连接形成晶闸管。

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