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逆导型IGBT特性 工作原理


来源: | 时间:2016年04月08日

逆导型IGBT是为适应不同应用线路的需要而研制的IGBT派生器件。逆导型IGBT是是将传统的IGBT元胞结构与FRD元胞结构巧妙集成于同一芯片[3],提供了一个紧凑的电流泄放电路。相对传统IGBT器件,逆导型IGBT在成本和性能上具有很大优势,加上巨大的市场需求使得逆导型IGBT成为国外各大厂商研究的焦点。逆导技术掀起了IGBT的又一次技术革命。
 
  各大厂商对逆导型IGBT的命名稍有差别。Infineon称其为Reverse Conducting IGBT,缩写为RC-IGBT。Fairchild则命名为Shorted Anode IGBT,简称SA-IGBT。ABB公司称其逆导IGBT产品为Bi-mode Insulated Gate Transistor,简称BIGT,此处的两种模式分别是指正向导通时的IGBT模式和反向导通时的Diode模式。别外,还有文献称逆导型IGBT为SC-IGBT(Segment Collector IGBT或Shorted Collector IGBT)、集电极短路IGBT、阳极短路IGBT等。以上这些称呼虽然有些差别,但是基本的原理都是基于阳极短路技术,而阳极短路技术在GTO,JBS,MPS中也有应用。
   IGBT模块与逆导型IGBT模块的结构对比
 逆导型IGBT 与IGBT模块的区别
 
  逆导型IGBT的P-基区、N-漂移区、N+ buffer层及N+短路区构成了一个PIN二极管。逆导型IGBT等效于一个IGBT与一个PIN二极管反并联,只不过在同一芯片上实现了。当IGBT在承受反压时,这个PIN二极管导通,这也正是称其为逆导型IGBT的原因。在关断期间,逆导型IGBT为漂移区过剩载流子提供了一条有效的抽走通道,大大缩短了逆导型IGBT的关断时间。
 
 相对于传统IGBT逆导型IGBT的思想节省了芯片面积、封装、测试费用,降低了器件成本。此外,它还具有低的损耗、良好的SOA特性、正的温度系数,以及良好的软关断特性、短路特性以及良好的功率循环特性。
 
 逆导型IGBT特有snap-back现象介绍
 
  在逆导型IGBT导通初期,器件是单极导通的,可以说是工作在VDMOS模式。电子从沟道注入N-漂移区,几乎垂直流向集电极,当流入buffer层后,电子流汇集到集电极短路区后流出器件。从图中可以看到,在P+区上方,电子是横向流到N+短路区的。这样从P+区边缘到P+区中央电势逐渐下降,而这个电势与P+区的电势决定了集电结是否开启。起初电子电流密度小,所产生的压降不足以使集电结开启。集电结两侧电势处处小于其内建电势(Vmg),Secondary snap-back现象出现的原因是由于实际芯片内部元胞的不一致性。导通过程中少数元胞首先进入电导调制状态,然后向周边扩散,元胞逐次发生电导调制,也就会观察到一系列Secondary snap-back现象。

 逆导型IGBT的优势

  传统的IGBT各方面性能已经接近极限。激烈的市场竞争迫切需求更低成本、更高性能的IGBT器件。逆导型IGBT由于其突出的优势成为各大厂商研究的重点,逆导技术也可能成为下一代IGBT的关键性技术。目前Infineon和Fairchild已经推出其逆导产品, Infineon的相关产品已经覆盖了很宽的电压电流等级。ABB也将于2012年量产其高压逆导型IGBT模块。其它的国内厂商也在加紧逆导型IGBT的产业化进程,瓜分中国市场。
 
 最近几年,国内的IGBT技术正趋于成熟,IGBT的国产化在不久的将来能够成为现实。对于逆导型IGBT这种新型的节能减排、经济高效的器件我国也应该加大研发力度,以缩短与国外科技水平的差距,填补我国在逆导技术领域的空白。

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