具有反向阻斷功能的新型 IGBT

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

新型 IGBT 已開發(fā)出來，具有反向阻斷能力。各種應(yīng)用都需要此功能，例如電流源逆變器、諧振電路、雙向開關(guān)或矩陣轉(zhuǎn)換器。本文介紹了單片芯片的技術(shù)及其運(yùn)行行為，并通過典型電路中的個樣本進(jìn)行了測量。
簡介：應(yīng)用
需要具有反向阻斷能力的單向電流可控開關(guān)的典型電路可分為：
傳統(tǒng)電流源逆變器如圖1所示
具有電流源的諧振轉(zhuǎn)換器如圖 2 所示
用于主電流路徑中功率半導(dǎo)體軟開關(guān)的輔助諧振電路
雙向開關(guān)，如圖 3 所示的矩陣轉(zhuǎn)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關(guān)都是由不具有反向阻斷能力的標(biāo)準(zhǔn)IGBT和串聯(lián)二極管組成。相比之下，單片解決方案具有傳導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)將繼續(xù)向左延伸，而帶有用于結(jié)端接的保護(hù)環(huán)的芯片邊緣顯示在右側(cè)。幾何形狀基本上對應(yīng)于 NPT IGBT，如圖 4（左）所示。如果沒有場闌，NPT IGBT 無法阻止邊緣處的顯著負(fù)擊穿。使用隔離擴(kuò)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(cè)所示。這樣，p+ – n- 結(jié)保留在芯片內(nèi)，終止于隔離頂部氧化層下方。因此，結(jié)點（無論如何都是 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。該措施不會改變芯片有效體積內(nèi)的結(jié)構(gòu)；因此可以預(yù)期，除了能夠阻斷反向電壓之外，反向阻斷 IGBT 將表現(xiàn)出與普通 NPT IGBT 類似的操作行為。