IGBT结构及发展趋势

2021-07-30张为国张俊唐世弋

电子元器件与信息技术 2021年4期

张为国，张俊，唐世弋

( 上海微电子装备（集团）股份有限公司，上海 201203)

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绝缘栅双极晶体管IGBT（Insulated gate bipolar transistor）是GE(General Electric)和RCA(Radio Corporation of America)两家美国公司于1982年提出，是继双极晶体管GTR和金属-氧化物-半导体场效应晶体管MOSFET后的第三代功率半导体的分立器件，其综合了GTR和MOSFET的优点，具有易于驱动、峰值电流容量大、自关断、开关频率高等特点，是当今市场具有较大创新的功率器件之一, 主要应用于电气、新能源、交通等领域，其典型的结构示意图如图1所示，主要应用在600伏到6500伏中压段，拓展了GTR缺乏电压控制，甚至已扩展到可控硅整流器SCR和门控晶闸管GTO占优势的大功率应用领域，是目前发展比较迅速且应用比较广的新一代功率器件产品[1]。

图1 典型的IGBT 结构示意图

IGBT结构内部有两部分构成，其一由PNP与NPN两个三极管构成的推挽电路，还有一个就是结联的MOSFET和PIN二极管，IGBT器件与MOSFET器件最大的区别在于IGBT克服了MOSFET存在导通电阻高的缺点，在高压时IGBT仍具有较低的导通电阻，但IGBT也有不足[2]，在相似功率容量的IGBT和MOSFET，IGBT的速度会慢于MOSFET，一般同等技术水平下的IGBT芯片，标称电压越高的IGBT开关速度越迟缓，所以IGBT器件一般不太适合于高频领域的应用。本文主要阐述了IGBT器件结构的发展变化，对这些新结构的分析和未来的发展的趋势。