概述新一代場(chǎng)截止陽(yáng)極短路IGBT

　　隨著功率電子和半導(dǎo)體技術(shù)的快速進(jìn)步，各類電力電子應(yīng)用都開(kāi)始要求用專門、專業(yè)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，以實(shí)現(xiàn)成本和性能的共贏。與傳統(tǒng)的非穿通(NPT) IGBT相比，場(chǎng)截止(FS) IGBT進(jìn)一步降低了飽和壓降和開(kāi)關(guān)損耗。此外，通過(guò)運(yùn)用陽(yáng)極短路(SA)技術(shù)在IGBT裸片上集成反向并聯(lián)二極管這項(xiàng)相對(duì)較新的技術(shù)，使得FS IGBT非常適合軟開(kāi)關(guān)功率轉(zhuǎn)換類應(yīng)用。

　　場(chǎng)截止陽(yáng)極短路溝道IGBT與NPT IGBT的對(duì)比

　　雖然NPT(非穿通)IGBT通過(guò)減少關(guān)斷過(guò)渡期間少數(shù)載流子注入量并提高復(fù)合率而提高了開(kāi)關(guān)速度，但由于VCE(sat)較高而不適合某些大功率應(yīng)用，因?yàn)槠鋘-襯底必須輕度摻雜，結(jié)果在關(guān)斷狀態(tài)期間需要較厚的襯底來(lái)維持電場(chǎng)，如圖1(a)所示。-n-襯底的厚度是決定IGBT中飽和壓降的主要因素。

　　傳統(tǒng)NPT IGBT的“n-”漂移層和“p+”集電極之間的“n”型摻雜場(chǎng)截止層(如圖1(b)所示)顯著提高了IGBT的性能。這就是場(chǎng)截止IGBT的概念。在FS IGBT中，電場(chǎng)在場(chǎng)截止層內(nèi)急劇減弱，而在“n-”漂移層中則為逐漸減弱。因此，“n-”漂移層的厚度和飽和壓降得到了顯著改善。溝道柵極結(jié)構(gòu)也改善了飽和壓降。此外，F(xiàn)S IGBT的場(chǎng)截止層在關(guān)斷瞬間可加快多數(shù)載流子復(fù)合，因此其尾電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于NPT或PT IGBT.由此降低了開(kāi)關(guān)損耗和關(guān)斷能量Eoff。

　　圖1: NPT IGBT(左)和場(chǎng)截止IGBT(右)

　　同時(shí)，出現(xiàn)了一個(gè)新的概念--陽(yáng)極短路IGBT(SA IGBT)：它允許將體二極管以MOSFET的方式內(nèi)嵌到IGBT中。圖2顯示場(chǎng)截止溝道陽(yáng)極短路(FS T SA)IGBT概念的基本結(jié)構(gòu)，其中，“n+”集電極與場(chǎng)截止層相鄰，作為PN二極管的陰極，而“p+”集電極層作為FS T IGBT的共集電極。

　　圖2: FS SA T IGBT的截面圖

　　圖3: 典型輸出特性對(duì)比