Биполярные транзисторы с изолированным затвором. Современное состояние и перспективы дальнейшего развития.

Биполярные транзисторы с изолированным затвором. Современное состояние и перспективы дальнейшего развития.

 

Фазилов Д.Э. (группа ППЭ-12-2, bullseye3554@mail.ru)

 

В среднем диапазоне мощностей и частот основным прибором силовой электроники является биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). IGBT - функционально-интегрированный прибор, относящийся к классу биполярно-полевых приборов и состоящий из громадного числа параллельно соединенных отдельных транзисторных ячеек (рисунок 1). Управление IGBT осуществляется подачей и снятием напряжения между затвором и истоком. Сочетание двух приборов в одной структуре позволило объединить их достоинства.

 

Рисунок 1 – Вертикальный разрез ячейки IGBT

 

При разработке новых IGBT главное внимание направлено на совершенствование их структуры и технологии изготовления. При изготовлении IGBT до 1 кВ используются двухслойные кремниевые структуры n^--n⁺-p⁺ типа, выращенные на подложках p⁺типа. Такие структуры называют эпитаксиальными (PT структурами IGBT) и характеризуются наличием буферного n⁺слоя.

При изготовлении IGBT свыше 1 кВ используется гомогенная NPT структура. Для ее создания используют высокоомный монокристаллический кремний n-типа, в котором с коллекторной стороны создается p⁺ область. Далее на полученной p⁺n^- пластине формируются полевые структуры.

Введение в структуру IGBT затворов в вытравленных канавках (Trench-Gate Technology) привело к резкому увеличению плотности тока и снижению напряжения на открытом ключе. В таких структурах отсутствуют сопротивления между p-базами, что ведет к уменьшению размеров элементарной ячейки.

По оценке многих специалистов в области силовой электроники IGBT является наиболее перспективным прибором на ближайшие годы. Наблюдается выраженная тенденция сокращения площади кристалла с достижением компромисса между быстродействием и напряжением насыщения коллектор-эмиттер. Ожидается завоевание IGBT все больших областей применения, как в дискретном, так и в модульном исполнении.

Работа выполнена под руководством  доцента, к.т.н. Коновалова М.П