芝識(shí)課堂【分立半導(dǎo)體】—微電子時(shí)代的“開啟者”：晶體管（下）
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在上個(gè)世紀(jì)六七十年代，單極型和雙極型器件皆無法同時(shí)滿足通態(tài)電阻與電路功耗的要求，而隨后問世的IGBT，憑借其驅(qū)動(dòng)功率小、導(dǎo)通壓降低和控制電路簡(jiǎn)單的特點(diǎn)有效地解決了這一難題。本期的芝識(shí)課堂，我們就為大家來詳細(xì)地介紹一下IGBT。
IGBT>>>IGBT即絕緣柵雙極晶體管，是由BJT和MOS組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)功率半導(dǎo)體器件。它將前級(jí)的電壓驅(qū)動(dòng)MOSFET和后級(jí)的允許大電流流過的晶體管相結(jié)合，是一種適合于大電流控制的器件。
IGBT的內(nèi)部等效電路圖IGBT工作原理
如下圖所示，圖示中的上半部分為一個(gè)典型的MOSFET結(jié)構(gòu)，作為輸入極，下半部分是PNP型晶體管結(jié)構(gòu)，作為輸出極。當(dāng)在IGBT柵極施加正電壓時(shí)，將在柵極下面的P層中形成反轉(zhuǎn)層，則MOSFET導(dǎo)通。當(dāng)它導(dǎo)通后可以為下半部分的PNP晶體管提供基極電流使其呈導(dǎo)通狀態(tài)。若IGBT的柵極和發(fā)射極之間電壓為0V，則MOSFET截止，切斷PNP晶體管基極電流的供給，使得晶體管關(guān)斷。
IGBT工作原理圖IEGT
在高壓電路中，IGBT由于發(fā)射極側(cè)漂移層（N型層）的載流子濃度較低，所以難以獲得低VCE(sat)特性。注入增強(qiáng)柵晶體管（IEGT）的開發(fā)利用則彌補(bǔ)了這一問題。IEGT也是東芝專屬的器件名稱和專利產(chǎn)品。
IEGT具有和IGBT相似的結(jié)構(gòu)、輸出特性和驅(qū)動(dòng)特性。它有一個(gè)溝槽柵結(jié)構(gòu)。與IGBT相比，IEGT的柵極更深，增加了柵極至發(fā)射極的電阻從而阻止了載流子通過發(fā)射極側(cè)，使得發(fā)射極側(cè)的載流子濃度升高，高的載流子密度降低了漂移層的電阻，使VCE(sat)降低。
IEGT的結(jié)構(gòu)和載流子密度IGBT的應(yīng)用
IGBT適用于驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、電流大的應(yīng)用，目前以50kHz以下的軟開關(guān)IH（感應(yīng)加熱）設(shè)備、家用電器、車輛和各種交流驅(qū)動(dòng)應(yīng)用為主。未來，它有望擴(kuò)展到更多的交流驅(qū)動(dòng)中。
IGBT的應(yīng)用范圍總結(jié)
至此，晶體管這一章節(jié)的內(nèi)容就為大家介紹完畢了，簡(jiǎn)單地課堂總結(jié)一下：
· BJT：輸入阻抗低、反向電容大、安全工作區(qū)域小· MOSFET：開關(guān)速度快、導(dǎo)通壓降大、安全工作區(qū)域大· IGBT：驅(qū)動(dòng)功率小、飽和壓降低、開關(guān)速率和安全區(qū)域介于BJT和MOSFET之間
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