Ontwerpconcept voor geïsoleerde poort bipolaire transistor

Het ontwerpconcept van de Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) is gericht op het integreren 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.

 

Kernontwerpconcept

Samengestelde structuur, complementaire sterke en zwakke punten
IGBT combineert de hoge ingangsimpedantie, spanning-gestuurde werking en snelle schakelkarakteristieken van MOSFET's met de lage geleidingsspanningsval en hoge stroomdichtheidskarakteristieken van BJT's, waardoor een hybride apparaat ontstaat met "spanningsregeling + bipolaire geleiding".

 

Geleidbaarheidsmodulatie implementeren 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 zelfs bij hoge spanning een lage verzadigingsspanning (Vce(sat)) kan handhaven, veel beter dan MOSFET's met dezelfde spanningswaarde.

 

Verticale structuur met vier- lagen (P⁺/N⁻/P/N⁺) optimaliseert spanningsbestendigheid en stroomcapaciteit
Door gebruik te maken van een verticale geleidingsstructuur, is het dikke en licht gedoteerde N⁻-driftgebied bestand tegen hoogspanningsblokkering, terwijl de P⁺-collector op efficiënte wijze gaten injecteert, waardoor de hoge spanningsbestendigheid en het grote stroomvoerende vermogen in evenwicht worden gebracht.

 

MOS-poortisolatiecontrole vereenvoudigt het aandrijfcircuit
De poort regelt de kanaalvorming via een SiO₂-isolatielaag en kan alleen door poortspanning worden aangestuurd, waardoor minimaal aandrijfvermogen nodig is en de noodzaak voor continue basisstroom zoals bij een BJT wordt geëlimineerd.

 

Ondersteunt hoge schakelfrequentie en hoge vermogensdichtheid
Vergeleken met thyristors of GTO's hebben IGBT's hogere schakelsnelheden (tot het bereik van honderd kHz), en met technologische vooruitgang (zoals micro{1}}geul- en veld-stopstructuren van de zevende- generatie, blijft de vermogensdichtheid toenemen, waardoor ze geschikt worden voor hoge- frequentie- en hoog--efficiëntiescenario's zoals nieuwe energievoertuigen, fotovoltaïsche omvormers en industriële frequentieregelaars.