[推荐]IGBT的结构

绝缘栅双极晶体管（IGBT）本质上是一个场效应晶体管，只是在漏极和漏区之间多了一个 P 型层。根据国际电工委员会的文件建议，其各部分名称基本沿用场效应晶体管的相应命名。

图1所示为一个N 沟道增强型绝缘栅双极晶体管结构，N+区称为源区，附于其上的电极称为源极。 N+ 区称为漏区。器件的控制区为栅区，附于其上的电极称为栅极。沟道在紧靠栅区边界形成。在漏、源之间的P型区（包括P+和P一区）（沟道在该区域形成），称为亚沟道区（Subchannel      region ）。而在漏区另一侧的 P+ 区称为漏注入区（Drain injector ），它是 IGBT 特有的功能区，与漏区和亚沟道区一起形成 PNP 双极晶体管，起发射极的作用，向漏极注入空穴，进行导电调制，以降低器件的通态电压。附于漏注入区上的电极称为漏极。

为了兼顾长期以来人们的习惯，IEC规定：源极引出的电极端子（含电极端）称为发射极端（子），漏极引出的电极端（子）称为集电极端（子）。这又回到双极晶体管的术语了。但仅此而已。

IGBT的结构剖面图如图2所示。它在结构上类似于MOSFET ，其不同点在于IGBT是在N沟道功率MOSFET 的N+基板（漏极）上增加了一个P+ 基板（IGBT 的集电极），形成PN结j1 ，并由此引出漏极、栅极和源极则完全与MOSFET相似。

      

图1      N沟道IGBT结构                     图2      IGBT的结构剖面图

由图2可以看出，IGBT相当于一个由MOSFET驱动的厚基区GTR ，其简化等效电路如图3所示。图中Rdr是厚基区GTR的扩展电阻。IGBT是以GTR 为主导件、MOSFET 为驱动件的复合结构。

N沟道IGBT的图形符号有两种，如图4所示。实际应用时，常使用图2－5所示的符号。对于P沟道，图形符号中的箭头方向恰好相反，如图4所示。

     

IGBT 的开通和关断是由栅极电压来控制的。当栅极加正电压时，MOSFET 内形成沟道，并为PNP晶体管提供基极电流，从而使IGBT导通，此时，从P+区注到N一区进行电导调制，减少N一区的电阻 Rdr值，使高耐压的 IGBT 也具有低的通态压降。在栅极上加负电压时，MOSFET 内的沟道消失，PNP晶体管的基极电流被切断，IGBT 即关断。

正是由于 IGBT 是在N 沟道 MOSFET 的 N+ 基板上加一层 P+ 基板，形成了四层结构，由PNP－NPN晶体管构成 IGBT 。但是，NPN晶体管和发射极由于铝电极短路，设计时尽可能使NPN不起作用。所以说， IGBT 的基本工作与NPN晶体管无关，可以认为是将 N 沟道 MOSFET 作为输入极，PNP晶体管作为输出极的单向达林顿管。

采取这样的结构可在 N一层作电导率调制，提高电流密度。这是因 为从 P+ 基板经过 N+ 层向高电阻的 N一层注入少量载流子的结果。 IGBT 的设计是通过 PNP－NPN 晶体管的连接形成晶闸管。

2.IGBT模块的术语及其特性术语说明

术语	符号	定义及说明（测定条件参改说明书）
集电极、发射极间电压	VCES	栅极、发射极间短路时的集电极，发射极间的最大电压
栅极发极间电压	VGES	集电极、发射极间短路时的栅极，发射极间最大电压
集电极电流	IC	集电极所允许的最大直流电流
耗散功率	PC	单个IGBT所允许的最大耗散功率
结温	Tj	元件连续工作时芯片温厦
关断电流	ICES	栅极、发射极间短路，在集电极、发射极间加上指定的电压时的集电极电流。
漏电流	IGES	集电极、发射极间短路，在栅极、集电极间加上指定的电压时的栅极漏电流
饱和压降	V CE(sat)	在指定的集电极电流和栅极电压的情况下，集电极、发射极间的电压。
输入电容	Clss	集电极、发射极间处于交流短路状态，在栅极、发射极间及集电极、发射极间

3.IGBT模块使用上的注意事项

1. IGBT模块的选定

在使用IGBT模块的场合，选择何种电压，电流规格的IGBT模块，需要做周密的考虑。

a. 电流规格

IGBT模块的集电极电流增大时，V_CE(-)上升，所产生的额定损耗亦变大。同时，开关损耗增大，原件发热加剧。因此，根据额定损耗，开关损耗所产生的热量，控制器件结温（T_j）在 150^oC以下（通常为安全起见，以125^oC以下为宜），请使用这时的集电流以下为宜。特别是用作高频开关时，由于开关损耗增大，发热也加剧，需十分注意。
一般来说，要将集电极电流的最大值控制在直流额定电流以下使用，从经济角度这是值得推荐的。

b.电压规格

IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即市电电源电压紧密相关。其相互关系列于表1。根据使用目的，并参考本表，请选择相应的元件。

	元器件电压规格
	600V	1200V	1400V
电源 电压	200V；220V；230V；240V	346V；350V；380V；400V；415V；440V	575V

2. 防止静电

IGBT的V_GE的耐压值为±20V，在IGBT模块上加出了超出耐压值的电压的场合，由于会导致损坏的危险，因而在栅极-发射极之间不能超出耐压值的电压，这点请注意。

在使用装置的场合，如果栅极回路不合适或者栅极回路完全不能工作时（珊极处于开路状态），若在主回路上加上电压，则IGBT就会损坏，为防止这类损坏情况发生，应在栅极一发射极之间接一只10kΩ左左的电阻为宜。

此外，由于IGBT模块为MOS结构，对于静电就要十分注意。因此，请注意下面几点：

1)      在使用模块时，手持分装件时，请勿触摸驱动端子部份。

2)      在用导电材料连接驱动端子的模块时，在配线未布好之前，请先不要接上模块。

3)      尽量在底板良好接地的情况下操作。

4)      当必须要触摸模块端子时，要先将人体或衣服上的静电放电后，再触摸。

5)      在焊接作业时，焊机与焊槽之间的漏泄容易引起静电压的产生，为了防止静电的产生，请先将焊机处于良好的接地状态下。

6)      装部件的容器，请选用不带静电的容器。

3.并联问题

用于大容量逆变器等控制大电流场合使用IGBT模块时，可以使用多个器件并联。

并联时，要使每个器件流过均等的电流是非常重要的，如果一旦电流平衡达到破坏，那么电过于集中的那个器件将可能被损坏。
       为使并联时电流能平衡，适当改变器件的特性及接线方法。例如。挑选器件的V_CE(sat)相同的并联是很重要的。

4.其他注意事项

1)      保存半导体原件的场所的温度，温度，应保持在常温常湿状态，不应偏离太大。常温的规定为5－35℃，常湿的规定为45—75％左右。

2)      开、关时的浪涌电压等的测定，请在端子处测定。

补充说明：上述文章来自互联网，图片原有信息未处理，主要是为了担心处理后不小心擦出有用信心，只好保持原汁原味，不便之处敬请谅解！谢谢各位！