具有反向阻斷功能的新型 IGBT

新型 IGBT 已開(kāi)發(fā)出來(lái)，具有反向阻斷能力。各種應用都需要此功能，例如電流源逆變器、諧振電路、雙向開(kāi)關(guān)或矩陣轉換器。本文介紹了單片芯片的技術(shù)及其運行行為，并通過(guò)典型電路中的個(gè)樣本進(jìn)行了測量。

新型 IGBT 已開(kāi)發(fā)出來(lái)，具有反向阻斷能力。各種應用都需要此功能，例如電流源逆變器、諧振電路、雙向開(kāi)關(guān)或矩陣轉換器。本文介紹了單片芯片的技術(shù)及其運行行為，并通過(guò)典型電路中的個(gè)樣本進(jìn)行了測量。
簡(jiǎn)介：應用
需要具有反向阻斷能力的單向電流可控開(kāi)關(guān)的典型電路可分為：
傳統電流源逆變器如圖1所示
具有電流源的諧振轉換器如圖 2 所示
用于主電流路徑中功率半導體軟開(kāi)關(guān)的輔助諧振電路
雙向開(kāi)關(guān)，如圖 3 所示的矩陣轉換器。

    圖 1 反激式

    圖2 逆變器

如果IGBT在電壓、電流和頻率方面都適用，那么迄今為止這種開(kāi)關(guān)都是由不具有反向阻斷能力的標準IGBT和串聯(lián)二極管組成。相比之下，單片解決方案具有傳導損耗更少、空間要求和成本更低等優(yōu)勢。
芯片技術(shù)

 圖4 NPT IGBT（左）和反向阻斷IGBT（右）的芯片結構和符號

圖 4（右）顯示了反向阻斷 IGBT 芯片的橫截面示意圖。繪制的單元結構將繼續向左延伸，而帶有用于結端接的保護環(huán)的芯片邊緣顯示在右側。幾何形狀基本上對應于 NPT IGBT，如圖 4（左）所示。如果沒(méi)有場(chǎng)闌，NPT IGBT 無(wú)法阻止邊緣處的顯著(zhù)負擊穿。使用隔離擴散技術(shù)克服了這一限制，該技術(shù)在晶閘管芯片的生產(chǎn)中眾所周知：它允許在芯片邊緣折疊反向阻斷 IGBT 較低的 p+ 層，如圖 4 右側所示。這樣，p+ – n- 結保留在芯片內，終止于隔離頂部氧化層下方。因此，結點(diǎn)（無(wú)論如何都是 IGBT 的一部分）被正確端接，并且能夠像 pn 二極管一樣阻止反向電壓。該措施不會(huì )改變芯片有效體積內的結構；因此可以預期，除了能夠阻斷反向電壓之外，反向阻斷 IGBT 將表現出與普通 NPT IGBT 類(lèi)似的操作行為。