Ontwerpconcept met geïsoleerde poort bipolaire transistor (IGBT).

Het ontwerpconcept van de Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is gericht op het combineren van de voordelen van vermogens-MOSFET's en bipolaire junctie-transistors (BJT/GTR) om de beperkingen van een enkel apparaat in toepassingen met hoge- spanning en hoge- stroom te overwinnen.

 

Kernontwerpconcepten

Composietstructuur, combinatie van sterke punten
IGBT integreert de hoge ingangsimpedantie, spannings{0}}gestuurde werking en snelle schakelkarakteristieken van MOSFET's met de lage geleidingsspanningsval en hoge stroomdichtheidskarakteristieken van BJT's, waardoor een hybride apparaat ontstaat met "spannings-gecontroleerde + bipolaire geleiding."

 

Geleidingsmodulatie om geleidingsverlies te verminderen
Door minderheidsdragers (gaten) in het N⁻-driftgebied te injecteren, wordt het geleidingsmodulatie-effect aanzienlijk verminderd op de -toestandsweerstand, waardoor de IGBT een lage verzadigingsspanning (Vce(sat)) kan handhaven onder hoge spanning, veel beter dan MOSFET's met dezelfde spanningswaarde.

 

Verticale structuur met vier- lagen (P⁺/N⁻/P/N⁺) optimaliseert spanningsbestendigheid en stroomcapaciteit
Er wordt gebruik gemaakt van een verticale geleidingsstructuur, waarbij een dik, licht gedoteerd N⁻-driftgebied de hoogspanningsblokkering draagt, en de P⁺-collector op efficiënte wijze gaten injecteert, waardoor de hoge spanningsbestendigheid en de hoge stroomdraagcapaciteit in evenwicht worden gebracht.

 

MOS Gate-isolatiecontrole vereenvoudigt het drivercircuit
De poort regelt de kanaalvorming via een SiO₂-isolatielaag en kan uitsluitend worden aangestuurd door poortspanning, waardoor minimaal aandrijfvermogen nodig is en de noodzaak voor continue basisstroom, zoals bij BJT's, wordt geëlimineerd.

 

Ondersteunt hoge schakelfrequentie en hoge vermogensdichtheid
Vergeleken met thyristors of GTO's schakelen IGBT's sneller (tot een bereik van honderd kHz). Met technologische vooruitgang (zoals de zevende-generatie micro-geul- en veld-stopstructuren) blijft de vermogensdichtheid verbeteren, waardoor ze geschikt worden voor hoog-frequentie- en hoog--toepassingen zoals nieuwe energievoertuigen, fotovoltaïsche omvormers en industriële frequentieomvormers.

 

Ontwerpfilosofie weerspiegeld in technologische evolutie
Van Punch-Through (PT) naar Field-Stop (FS): Optimalisatie van doping- en bufferlagen in de N⁻-regio om schakel- en geleidingsverliezen te verminderen.

 

Trench Gate-structuur vervangt Planar Gate: verkleint de eenheidsgrootte en verhoogt de celdichtheid, waardoor equivalente Rds(on)-parameters verder worden verlaagd.

 

Integratie en intelligentie: de IGBT-module van de zevende-generatie integreert bijvoorbeeld FWD-, driver- en beveiligingscircuits, waardoor de systeembetrouwbaarheid wordt vergroot.

 

Onderzoek naar materialen met een brede bandgap: Nieuwe materialen zoals SiC en GaN, toegepast op IGBT's van de volgende- generatie, streven naar een schakelfrequentie op MHz--niveau en lagere verliezen.