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IGBT的結構和原理:
IGBT其實本質上還是一個場效應晶體管,從結構上看和Power MOSFET非常接近,就在背面的漏電極增加了一個P+層,我們稱之為Injection Layer (名字的由來等下說).。在上面介紹的Power MOSFET其實根本上來講它還是傳統的MOSFET,它依然是單一載流子(多子)導電,所以我們還沒有發揮出它的極致性能。所以后來發展出一個新的結 構,我們如何能夠在Power MOSFET導通的時候除了MOSFET自己的電子我還能從漏端注入空穴不就可以了嗎?所以自然的就在漏端引入了一個P+的injection layer (這就是名字的由來),而從結構上漏端就多了一個P+/N-drift的PN結,不過他是正偏的,所以它不影響導通反而增加了空穴注入效應,所以它的特性就類似BJT了有兩種載流子參與導電。所以原來的source就變成了Emitter,而Drain就變成了Collector了。
從上面結構以及右邊的等效電路圖看出,它有兩個等效的BJT背靠背鏈接起來的,它其實就是PNPN的Thyristor(晶閘管),這個東西不是我們刻意做的,而是結構生成的。我在5個月前有篇文章講Latch-up(http://ic-garden.cn/?p=511)就說了,這樣的結構最要命的東西就是栓鎖(Latch-up)。而控制Latch-up的關鍵就在于控制Rs,只要滿足α1+α2<1就可以了。
另外,這樣的結構好處是提高了電流驅動能力,但壞處是當器件關斷時,溝道很快關斷沒有了多子電流,可是Collector (Drain)端這邊還繼續有少子空穴注入,所以整個器件的電流需要慢慢才能關閉(拖尾電流, tailing current),影響了器件的關斷時間及工作頻率。這個可是開關器件的大忌啊,所以又引入了一個結構在P+與N-drift之間加入N+buffer層,這一層的作用就是讓器件在關斷的時候,從Collector端注入的空穴迅速在N+ buffer層就被復合掉提高關斷頻率,我們稱這種結構為PT-IGBT (Punch Through型),而原來沒有帶N+buffer的則為NPT-IGBT。
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