不同結(jié)構(gòu)的IGBT特點(diǎn)及工作原理

(1)p溝IGBT
  在數(shù)字秒儀表控制電路中常常采用互補(bǔ)器件技術(shù)來提高電路的負(fù)載能力和抗干擾能力，降低功耗。譬如n溝MOS與p溝MOS并聯(lián)組成的CMOS結(jié)構(gòu)。p溝IGBT即是為此目的而開發(fā)。由于硅中空穴的遷移率只有電子遷移率的1/3左右，相同尺寸p型溝道的通態(tài)電阻是n型溝道的3倍左右，所以p溝功率MOS很少使用。但是IGBT的情況有所不同。由于集電結(jié)J1的注入作用，p溝IGBT正向?qū)〞r(shí)由集電區(qū)注入到長基區(qū)的是遷移率高的電子，其電導(dǎo)調(diào)制效果比n溝IGBT強(qiáng)，在柵壓足夠高的線性工作區(qū)狀態(tài)下，這足以彌補(bǔ)溝道電阻的增高。n溝IGBT的溝道電阻雖然相對(duì)較低，但其J1結(jié)向基區(qū)注入的是遷移率較低的空穴。所以，在條件相同的情況下，p溝IGBT和n溝IGBT的通態(tài)壓降其實(shí)很接近，使之更適合于互補(bǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
 
  (2)高壓IGBT
  跟功率MOS一樣，提高IGBT的阻斷電壓也需要提高其長基區(qū)的材料電阻率，并增加其寬度。但是，由于j1結(jié)的高密度少子注入，長基區(qū)的材料電阻率對(duì)通態(tài)壓降并無多大影響。IGBT的通態(tài)壓降主要決定于長基區(qū)的寬度。當(dāng)IGBT的阻斷電壓隨長基區(qū)的加寬和材料電阻率的增高而提高時(shí)，與相同條件下的功率MOS相比，其通態(tài)壓降的增加要小得多。用阻斷電壓分別為300V、600V和1200V的對(duì)稱結(jié)構(gòu)IGBT器件所作的通態(tài)特性比較測(cè)試結(jié)果表明，IGBT的通態(tài)電流密度近似地隨著擊穿電壓值的平方根的增加而減小。電流密度以這種較為平緩的比率減小的特點(diǎn)，表明了開發(fā)高壓大電流IGBT的可行性。
 
  (3)高溫IGBT
  如前所述，IGBT的MOSFET部分和pin二極管部分互補(bǔ)的高溫特性使其很適于在高溫環(huán)境下使用，尤其是針對(duì)高溫應(yīng)用目的而充分利用了這種互補(bǔ)性而設(shè)計(jì)的高溫IGBT。這種器件在額定電流下的通態(tài)壓降幾乎不隨溫度變化，而在最高允許電流下具有一定大小的正溫度系數(shù)，從而確保良好的均流效果，有利于組裝大電流模塊。高溫IGBT通常都采用圖1所示的短基區(qū)局部短路的非對(duì)稱器件結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步防止寄生晶閘管在高溫工作狀態(tài)下可能發(fā)生的自鎖效應(yīng)。

 

 
  (4)槽柵IGBT
  槽柵IGBT的柵極結(jié)構(gòu)與圖2所示的UMOS相同，可將其看成是將UMOS的n+襯底換成p+襯底的結(jié)果，因而又叫UMOS-IGBT。與UMOS類似，其U形槽必須挖到j(luò)2結(jié)之下，以使n+發(fā)射極與n基區(qū)之間能夠用柵壓感應(yīng)的n型溝道連通。如此一來，槽柵IGBT中就消除了DMOS和平面柵IGBT中都存在的累積層電阻Ra和寄生JFET電阻Rj。此外，槽柵結(jié)構(gòu)可以縮小器件單元的中心距，使溝道密度增加。因此槽柵IGBT的通態(tài)特性有很大改善，在n基區(qū)額外載流子壽命較高的場(chǎng)合，其通態(tài)壓降相對(duì)于平面柵IGBT能降低大約1/3；在為了提高開關(guān)速度而降低額外載流子壽命的情況下，這兩種結(jié)構(gòu)的通態(tài)壓降會(huì)相差更大。槽柵IGBT的抗自鎖能力也比平面柵IGBT高。這歸因于槽柵結(jié)構(gòu)中空穴電流路徑的改變。