IGBT元件概述.pptx

IGBT元件概述半导体器件物理课程报告报告人：小组成员：学校名称：西安交通大学目录CONTENTS01背景知识02发展历程03结构与工作原理04应用与未来01背景知识01 背景知识电力电子器件（PowerElectronicDevice）又称为功率半导体器件，主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面大功率的电子器件。其在功率变换技术的四个主要环节中(输入整流、控制元件、逆变用电力电子器件和输出整流)扮演着不可或缺的角色。可以说是实现将“粗电”精炼成符合应用需要的“精电”的核心器件。电力电子器件电力电子器件主要有：1.不可控器件，例如电力二极管；2.半控型器件，例如晶闸管；3.全控型器件，例如GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管），MOSFET（电力场效应晶体管）IGBT（绝缘栅双极晶体管）：复合全控型电压驱动式功率半导体器件01 背景知识（什么是IGBT）MOSFET的结构是在低掺杂衬底上制作高掺杂的源漏区。具有优越的高频开关特性要提高器件的耐压水平，就要提高衬底的掺杂，但衬底掺杂由阈值电压决定，不能无限提高。标题数字等都可以通过点击和重新输入进行更改，顶部“开始”面板中可以对字体、字号、颜色、行距等进行修改。建议正文8-14号字，1.3倍字间距。在MOS中引入一个双极结型结构。在器件导通时，双极结型结构会产生少数载流子注入效应从而有效地降低n-漂移区的电阻率和器件的导通电阻。从而兼有高输入阻抗和低导通压降特点01 背景知识IGBT（绝缘栅双极型晶体管）兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点，同时也克服了BJT尾电流拖曳和MOSFET耐压值不够的缺点工作速度快、开关损耗小、输入阻抗高、驱动电路简单、热温度性好、驱动功率小载流量大、阻断电压高IGBT 的“荣誉”最先进功率电子器件02专项重点扶持项目电力电子行业的CPU02发展历程 MOSFET优点：开关速度快，工作区大 缺点：占表面积过大击穿电压低，工作电流小 LDMOS漂移区：在沟道和高掺杂的漏极间，有一个低掺杂的n型区，称之为漂移区可等效为一个MOSFET和一个电阻的串联，一定程度增大了耐压缺点：仍然没有解决横向线度过长的缺陷LaterallyDiffusedMOSFET VMOS&UMOSV-shaped&U-shapedMOSFET特点：1.漏极下移，纵向导电，有利于通过纵向减薄控制电流，减小了线尺寸 2.将原有晶体管分成两个相对独立的部分，是IGBT的雏形 IGBTInsulatedGateBipolarTransistors03IGBT结构及工作原理 IGBT结构结构1.为了能让MOSFET在导通时有两种载流子参与导电，加入p+注入层（injectionlayer）,从而加入了正偏的J1结，增加了空穴注入效应2.为了能快速关断，加入了n缓冲层（buffer），从而C注入的空穴被快速复合3.S-C,D-EMetalMetalSiliconDioxideJ1 IGBT等效电路等效电路对折+VCC IGBT等效电路等效电路+VCC1.当VGEVT时，MOS管导通，MOS管的源极从PNP管的基极抽取电流，从而PNP管导通2.当在C加正偏压时，PNP管的集电极流出电流，一部分经接地电阻流入信号地，一部分注入NPN管的基极，使得NPN管导通3.NPN管进一步从PNP管抽取基电流 IGBT等效电路等效电路InducedChannelelectronsRMODPNPRBENPN 输出特性曲线和转移特性曲线输出特性曲线和转移特性曲线04应用与未来04应用与未来IGBT器件应用主要包括显示、照明、驱动、电源、电机调速、机车牵引和高压直流输电等领域。应用领域02输入阻抗高、电压控制、电容输入、驱动电流小、控制电路简单、开关损耗小、开关速度快、频率响应好、工作温度高、热稳定性好等优势011)场截止FS-IGBT：提高关闭速度2)阳极短接(SA:Shorted-Anode)：提高饱和电流，降低饱和压降新技术03IGBT的雏形，导通电阻和关断功耗都比较高，没有普及使用。第一代NPT-IGBT，用离子注入的技术生成P+集电极，保持基区载流子寿命而不影响稳态功耗，具有正温度系数特点第三代PT-IGBT，基区电场加强呈梯形分布，所以可以减小芯片厚度从而减小功耗。第二代Trench-IGBT，最大的改进是采用Trench结构，提高了电导调制效应减小了导通电阻，消除了JFET效应，有效特高耐压能力等第四代04 应用与未来“透明集电区技术”与“电场中止技术”组合第五代在第五代基础上改进了沟槽栅结构，并以新的面貌出现第六代04 应用与未来04 应用与未来可以看出，IGBT的市场份额庞大，前景良好，备受青睐。市场情况THANK YOU!IGBT元件概述报告人：小组成员：学校名称：西安交通大学