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一粒金砂(初级)

igbt是什么电子元件工作原理 [复制链接]

  一说起IGBT,都以为不就是一个分立器件(Power Disceret)嘛,都很瞧不上眼。然而他和28nm/16nm集成电路**一样,是国家“02专项”的重点扶持项目,这玩意是现在目前功率电子器件里技术最先进的产品,已经全面取代了传统的Power MOSFET,其应用非常广泛,小到家电、大到飞机、舰船、交通、电网等战略性产业,被称为电力电子行业里的“CPU”,长期以来,该产品(包括芯片)还 是被垄断在少数IDM手上(FairChild、Infineon、TOSHIBA),位居“十二五”期间国家16个重大技术突破专项中的第二位(简称 “02专项”)。
  
  究竟IGBT是何方神圣?让我们一起来学习它的理论吧。
  
  1、何为IGBT?
  
  IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor),所以它是一个有MOS Gate的BJT晶体管。奇怪吧,它到底是MOSFET还是BJT?其实都不是又都是。不绕圈子了,他就是MOSFET和BJT的组合体。
  
  我在前面讲MOSFET和BJT的时候提到过他们的优缺点,MOSFET主要是单一载流子(多子)导电,而BJT是两种载流子导电,所以BJT的驱动电流 会比MOSFET大,但是MOSFET的控制级栅极是靠场效应反型来控制的,没有额外的控制端功率损耗。所以IGBT就是利用了MOSFET和BJT的优 点组合起来的,兼有MOSFET的栅极电压控制晶体管(高输入阻抗),又利用了BJT的双载流子达到大电流(低导通压降)的目的(Voltage- Controlled Bipolar Device)。从而达到驱动功率小、饱和压降低的完美要求,广泛应用于600V以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电 路、牵引传动等领域。
  
  2、IGBT的结构和原理
  
  上面介绍了Power MOSFET,而IGBT其实本质上还是一个场效应晶体管,从结构上看和Power MOSFET非常接近,就在背面的漏电极增加了一个P 层,我们称之为Injection Layer (名字的由来等下说).。在上面介绍的Power MOSFET其实根本上来讲它还是传统的MOSFET,它依然是单一载流子(多子)导电,所以我们还没有发挥出它的极致性能。所以后来发展出一个新的结 构,我们如何能够在Power MOSFET导通的时候除了MOSFET自己的电子我还能从漏端注入空穴不就可以了吗?所以自然的就在漏端引入了一个P 的injection layer (这就是名字的由来),而从结构上漏端就多了一个P /N-drift的PN结,不过他是正偏的,所以它不影响导通反而增加了空穴注入效应,所以它的特性就类似BJT了有两种载流子参与导电。所以原来的 source就变成了Emitter,而Drain就变成了Collector了。

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