✖


Jump to content

Биполярный транзистор с изолированным затвором

(Перенаправлено с IGBT-транзистора )
Биполярный транзистор с изолированным затвором
Модуль IGBT (IGBT и обратные диоды) с номинальным током 1200 А и максимальным напряжением 3300 В.
Working principleПринцип работы Полупроводник
Изобретенный 1959
Электронный символ

Схематическое обозначение IGBT

Биполярный транзистор с изолированным затвором ( IGBT с тремя выводами, ) представляет собой силовой полупроводниковый прибор в основном образующий электронный переключатель. Он был разработан для сочетания высокой эффективности с быстрым переключением. Состоит из четырех чередующихся слоев (NPNP). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] которые контролируются металл-оксид-полупроводник (МОП) структурой затвора .

Хотя структура IGBT топологически аналогична тиристору с «МОП-затвором» ( MOS-gate thiristor ), действие тиристора полностью подавляется, и транзистора во всем диапазоне работы устройства допускается только действие . Применяется в импульсных источниках питания в мощных устройствах: частотно-регулируемых приводах (ЧРП) для управления двигателями в электромобилях , поездах, регулировочных холодильниках и кондиционерах, а также в балластах ламп, аппаратах дуговой сварки, источниках бесперебойного питания. системы электропитания (ИБП) и индукционные плиты .

Поскольку IGBT предназначен для быстрого включения и выключения, он может синтезировать сигналы сложной формы с помощью широтно-импульсной модуляции и фильтров нижних частот , поэтому он также используется в переключающих усилителях в звуковых системах и промышленных системах управления . В коммутационных приложениях современные устройства имеют частоту повторения импульсов, близкую к частотам ультразвукового диапазона, которые как минимум в десять раз превышают звуковые частоты, обрабатываемые устройством при использовании в качестве аналогового усилителя звука. По состоянию на 2010 год IGBT был вторым наиболее широко используемым силовым транзистором после силового MOSFET . [ нужна ссылка ]

Сравнительная таблица IGBT [ 6 ]
Характеристики устройства Мощность БЮТ Силовой МОП-транзистор БТИЗ
Номинальное напряжение Высокий <1 кВ Высокий <1 кВ Очень высокий >1 кВ
Текущий рейтинг Высокий <500 А Низкий <200 А Высокий >500 А
Входной привод Коэффициент текущей ликвидности
ч ФЭ ~ 20–200 		Напряжение
V GS ~ 3–10 V 		Напряжение
V GE ~ 4–8 V
Входное сопротивление Низкий Высокий Высокий
Выходное сопротивление Низкий Середина Низкий
Скорость переключения Медленно (мкс) Быстро (нс) Середина
Расходы Низкий Середина Высокий

Структура устройства

[ редактировать ]
Поперечное сечение типичного IGBT, показывающее внутреннее соединение MOSFET и биполярного устройства.

IGBT-ячейка построена аналогично n-канальному мощному MOSFET -транзистору вертикальной конструкции , за исключением того, что сток n+ заменен слоем коллектора p+, образуя таким образом транзистор с вертикальным биполярным переходом PNP . Эта дополнительная область p+ создает каскадное соединение транзистора с биполярным переходом PNP с поверхностным n-канальным МОП-транзистором . Вся структура представляет собой четырехслойный NPNP. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]

Разница между тиристором и IGBT

[ редактировать ]
Разница между тиристором и IGBT [ 7 ]
Аспект Тиристор БТИЗ
Определение Четырехслойный полупроводниковый прибор со структурой PNPN. Биполярный транзистор с изолированным затвором, сочетающий в себе функции биполярных транзисторов и МОП-транзисторов.
Терминалы Анод, катод, затвор Эмиттер, коллектор, затвор
Слои Четыре слоя Три слоя
перекресток Структура ПНПН Структура NPN(P)
Режимы работы Обратная блокировка, прямая блокировка, прямое ведение Включённое состояние, выключенное состояние
Структура проекта Связанные транзисторы (PNP и NPN) Комбинированные функции биполярного и MOSFET-транзистора.
Источник несущей Два источника перевозчиков Один источник перевозчиков
Напряжение включения Н/Д Требуется низкое напряжение затвора
Отключить потери Выше Ниже
Плотность плазмы Выше Ниже
Диапазон рабочих частот Подходит для частоты сети, обычно ниже Подходит для высоких частот, обычно выше
Размер матрицы и требования к параллельному соединению Головка большего размера, может быть изготовлена ​​как монолитное устройство диаметром до 6 дюймов (15 см). Меньший размер кристалла, часто параллельный в корпусе
Диапазон мощности Подходит для приложений с высокой мощностью. Подходит для приложений средней мощности.
Требования к контролю Требуется ток затвора Требуется постоянное напряжение затвора
Соотношение цены и качества Экономически эффективный Относительно более высокая стоимость
Метод управления Импульсный запуск Управление напряжением на затворе
Скорость переключения Помедленнее Быстрее
Возможность переключения тока Высокий Умеренный
Управляющий ток Сильноточный привод Слаботочный привод
Допустимое напряжение Работа с высоким напряжением Обработка более низкого напряжения
Потеря мощности Более высокая рассеиваемая мощность Более низкая рассеиваемая мощность
Приложение Высокое напряжение, надежность Высокоскоростное переключение, эффективность


История

[ редактировать ]
Схема NPNP-транзистора, сделанная Фрошем и Дерриком в Bell Labs, 1957 год. [ 8 ]

Биполярный точечный транзистор был изобретен в декабре 1947 года. [ 9 ] в Bell Telephone Laboratories под Джоном Бардином и Уолтером Браттейном руководством Уильяма Шокли . Вариант с переходом, известный как биполярный транзистор (BJT), изобретен Шокли в 1948 году. [ 10 ] Позже аналогичный тиристор был предложен Уильямом Шокли в 1950 году и разработан в 1956 году энергетиками компании General Electric (GE). ( Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник MOSFET) также был изобретен в Bell Labs. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] В 1957 году Фрош и Дерик опубликовали свою работу по созданию первых кремниевых транзисторов, в том числе NPNP-транзистора, той же структуры, что и IGBT. [ 14 ] Базовый режим работы IGBT, при котором pnp-транзистор приводится в действие МОП-транзистором, был впервые предложен К. Ямагами и Ю. Акагири из Mitsubishi Electric в японском патенте S47-21739, поданном в 1968 году. [ 15 ]

Статическая характеристика IGBT

В 1978 году Дж. Д. Пламмер и Б. Шарф запатентовали транзисторное устройство NPNP, сочетающее в себе МОП- и биполярные возможности для управления и переключения мощности. [ 16 ] [ 17 ] Развитие IGBT характеризовалось попытками полностью подавить работу тиристора или защелку в четырехслойном устройстве, поскольку защелка вызывала фатальный отказ устройства. Таким образом, БТИЗ были созданы, когда было достигнуто полное подавление запирания паразитного тиристора. Позже Ханс В. Бекке и Карл Ф. Уитли разработали аналогичное устройство, не требующее фиксации. Они запатентовали устройство в 1980 году, назвав его «силовым МОП-транзистором с анодной областью», для которого «ни при каких условиях работы устройства не происходит никакого действия тиристора». [ 18 ] [ 19 ]

А. Накагава и др. изобрел концепцию конструкции устройства без защелки IGBT в 1984 году. [ 20 ] [ 21 ] Изобретение отличается тем, что в конструкции устройства устанавливается ток насыщения устройства ниже тока фиксации, который запускает паразитный тиристор. В этом изобретении впервые было реализовано полное подавление паразитного действия тиристора, поскольку максимальный ток коллектора ограничивался током насыщения и никогда не превышал ток фиксации.

На ранней стадии разработки IGBT все исследователи пытались увеличить ток фиксации, чтобы подавить фиксацию паразитного тиристора. Однако все эти усилия потерпели неудачу, поскольку IGBT мог проводить чрезвычайно большой ток. Успешное подавление защелки стало возможным благодаря ограничению максимального тока коллектора, который мог проводить IGBT, ниже тока защелки за счет контроля/уменьшения тока насыщения собственного полевого МОП-транзистора. Это была концепция IGBT без фиксации. «Устройство Бекке» стало возможным благодаря IGBT без защелки.

IGBT характеризуется способностью одновременно выдерживать высокое напряжение и большой ток. Произведение напряжения и плотности тока, с которыми может справиться IGBT, достигло более 5 × 10. 5 Вт/см 2 , [ 22 ] [ 23 ] что намного превышало значение 2 × 10 5 Вт/см 2 , существующих силовых устройств, таких как биполярные транзисторы и силовые МОП-транзисторы. Это является следствием большой безопасной рабочей зоны IGBT. IGBT — самое прочное и мощное силовое устройство из когда-либо созданных, обеспечивающее простоту использования и заменяющее, таким образом, биполярные транзисторы и даже тиристоры с затвором (GTO). Эта превосходная особенность IGBT внезапно проявилась, когда в 1984 году был создан IGBT без фиксации, решивший проблему так называемого «защелкивания», которое является основной причиной разрушения или отказа устройства. До этого разработанные устройства были очень слабыми и их легко было вывести из строя из-за «защелкивания».

Практичные устройства

[ редактировать ]

О практических устройствах, способных работать в расширенном диапазоне тока, впервые сообщили Б. Джаянт Балига и др. в 1982 году. [ 24 ] О первой экспериментальной демонстрации практического дискретного вертикального IGBT-устройства Балига сообщил на Международной конференции IEEE по электронным устройствам (IEDM) в том же году. [ 25 ] [ 24 ] В том же году General Electric выпустила на рынок IGBT-устройство Балиги. [ 26 ] Балига был занесен в Национальный зал славы изобретателей за изобретение IGBT. [ 27 ]

Аналогичный документ был также представлен JP Russel et al. в письмо IEEE Electron Device Letter в 1982 году. [ 28 ] считало, что применение этого устройства Первоначально сообщество силовой электроники строго ограничено из-за его низкой скорости переключения и фиксации паразитной тиристорной структуры, присущей устройству. Однако это было продемонстрировано Балигой, а также AM Goodman et al. в 1983 году скорость переключения можно регулировать в широком диапазоне с помощью электронного облучения . [ 29 ] [ 30 ] За этим последовала демонстрация работы устройства при повышенных температурах Балигой в 1985 году. [ 31 ] Успешные усилия по подавлению блокировки паразитного тиристора и масштабированию номинального напряжения устройств в GE позволили представить коммерческие устройства в 1983 году. [ 32 ] который может быть использован для самых разных приложений. Электрические характеристики устройства GE, IGT D94FQ/FR4, были подробно описаны Марвином В. Смитом в протоколах PCI в апреле 1984 года. [ 33 ] Смит показал на рис. 12 процесса, что отключение при токе выше 10 ампер при сопротивлении затвора 5 кОм и выше 5 ампер при сопротивлении затвора 1 кОм было ограничено переключением безопасной рабочей зоны, хотя IGT D94FQ/FR4 мог проводить ток 40 ампер. коллекторного тока. Смит также заявил, что зона безопасного переключения ограничена фиксацией паразитного тиристора.

Полное подавление паразитного действия тиристора и, как следствие, нефиксируемая работа IGBT во всем рабочем диапазоне устройства были достигнуты А. Накагавой и др. в 1984 году. [ 20 ] Концепция конструкции без защелки была подана на патенты США. [ 34 ] Чтобы проверить отсутствие защелки, прототипы IGBT на 1200 В были напрямую подключены без каких-либо нагрузок к источнику постоянного напряжения 600 В и включены на 25 микросекунд. На устройстве упало все 600 В, и потек большой ток короткого замыкания. Устройства успешно выдержали это суровое испытание. Это была первая демонстрация так называемой «способности выдерживать короткое замыкание» в IGBT. Впервые была обеспечена работа без фиксации IGBT во всем диапазоне работы устройства. [ 23 ] В этом смысле IGBT без защелки, предложенный Гансом В. Беке и Карлом Ф. Уитли, был реализован А. Накагавой и др. в 1984 году. Продукция без защелки IGBT была впервые коммерциализирована компанией Toshiba в 1985 году. Это было настоящее рождение нынешнего IGBT.

Как только в БТИЗ была достигнута возможность отсутствия фиксации, было обнаружено, что БТИЗ обладают очень прочной и очень большой безопасной рабочей зоной . Было продемонстрировано, что произведение плотности рабочего тока и напряжения коллектора превышало теоретический предел биполярных транзисторов 2 × 10. 5 Вт/см 2 и достигло 5 × 10 5 Вт/см 2 . [ 22 ] [ 23 ]

Изоляционный материал обычно изготавливается из твердых полимеров, которые подвержены деградации. Существуют разработки, в которых используется ионный гель для улучшения производства и снижения требуемого напряжения. [ 35 ]

IGBT первого поколения 1980-х и начала 1990-х годов были склонны к выходу из строя из-за таких эффектов, как защелкивание (при котором устройство не выключается, пока течет ток) и вторичный пробой (при котором локализованная горячая точка в устройстве переходит в тепловой разгон и сгорание устройства при больших токах). Устройства второго поколения были значительно усовершенствованы. Нынешние IGBT третьего поколения еще лучше: они конкурируют по скорости с мощными МОП-транзисторами , а также обладают превосходной надежностью и устойчивостью к перегрузкам. [ 22 ] Чрезвычайно высокие импульсные характеристики устройств второго и третьего поколения также делают их полезными для генерации импульсов большой мощности в таких областях, как физика элементарных частиц и плазмы , где они начинают вытеснять старые устройства, такие как тиратроны и управляемые искровые разрядники . Высокие значения импульсов и низкие цены на вторичном рынке также делают их привлекательными для любителей высокого напряжения для управления большим количеством энергии для привода таких устройств, как твердотельные катушки Тесла и койлганы .

Патентные вопросы

[ редактировать ]

В 1978 году Дж. Д. Пламмер и Б. Шарф запатентовали транзисторное устройство NPNP, сочетающее в себе МОП- и биполярные возможности для управления и переключения мощности. [ 16 ] [ 17 ] Устройство, предложенное Пламмером, называется здесь «устройством Пламмера».

С другой стороны, Ханс В. Бекке в 1980 году предложил другое устройство, в котором действие тиристора исключено при любых условиях работы устройства, хотя базовая структура устройства такая же, как у предложенной Дж. Д. Пламмером. Устройство, разработанное Гансом В. Беке, упоминается здесь как «устройство Беке» и описано в патенте США 4364073. [ 36 ] Разница между «устройством Пламмера» и «устройством Беке» состоит в том, что «устройство Пламмера» имеет режим действия тиристора во всем своем рабочем диапазоне, а «устройство Беке» никогда не имеет режима действия тиристора во всем своем рабочем диапазоне. Это критический момент, поскольку действие тиристора аналогично так называемому «запиранию». Фиксация является основной причиной фатального отказа устройства. Таким образом, теоретически «устройство Пламмера» никогда не представляет собой прочное или мощное устройство с большой безопасной рабочей зоной. Большая безопасная рабочая зона может быть достигнута только после полного подавления и устранения фиксации во всем диапазоне работы устройства. [ нужна ссылка ] Однако патент Беке (патент США 4364073) не раскрывает никаких мер по реализации реальных устройств.

Несколько производителей IGBT заплатили лицензионный сбор за патент Бекке. [ 18 ] Toshiba коммерциализировала «БТИЗ без защелки» в 1985 году. В 1991 году Стэнфордский университет настаивал на том, что устройство Toshiba нарушает патент США RE33209 на «устройство Пламмера». Toshiba ответила, что «БТИЗ без защелки» никогда не фиксируется во всем рабочем диапазоне устройства и, таким образом, не нарушает патент США Пламмера RE33209. Стэнфордский университет так и не ответил после ноября 1992 года. Toshiba приобрела лицензию на патент Беке, но так и не заплатила лицензионный сбор за «устройство Пламмера». [ нужна ссылка ] Другие производители IGBT также заплатили лицензионный сбор за патент Бекке. [ нужна ссылка ]

Кто изобретатель IGBT?

[ редактировать ]

Первый транзистор из диоксида кремния был построен Фрошем и Дериком в 1955–1957 годах. Одним из устройств был NPNP-транзистор той же структуры, что и IGBT. [ 14 ]

В 1978 году Дж. Д. Пламмер и Б. Шарф запатентовали транзисторное устройство NPNP, сочетающее в себе МОП- и биполярные возможности для управления и переключения мощности. [ 16 ] [ 17 ] Позже Ханс В. Бекке и Карл Ф. Уитли изобрели аналогичное устройство, на которое они подали заявку на патент в 1980 году и которое они назвали «силовым МОП-транзистором с анодной областью». [ 36 ] Этот патент был назван «основополагающим патентом на биполярный транзистор с изолированным затвором». [ 37 ] В патенте утверждалось, что «ни при каких условиях работы устройства действие тиристора не происходит». По существу это означает, что устройство демонстрирует работу IGBT без фиксации во всем рабочем диапазоне устройства.

В реальных устройствах IGT, разработанный Baliga, не является IGBT, поскольку диапазон его работы ограничен защелкой паразитного тиристора. Марвин В. Смит заявил, что «IGT не предназначен для замены биполярных транзисторов или силовых МОП-транзисторов» в разделе РЕЗЮМЕ материалов PCI в апреле 1984 года. [ 38 ] Балига и Смит даже рекомендовали использовать снабберные цепи для предотвращения разрушения IGT в статье EDN, опубликованной 29 сентября 1983 года. [ 39 ]

А. Накагава и др. изобрел концепцию конструкции устройства без защелки IGBT в 1984 году. [ 20 ] Изобретение [ 40 ] характеризуется тем, что в конструкции устройства устанавливается ток насыщения устройства ниже тока фиксации, который запускает паразитный тиристор. В этом изобретении впервые было реализовано полное подавление паразитного действия тиристора, поскольку максимальный ток коллектора ограничивался током насыщения и никогда не превышал ток фиксации.

На ранней стадии разработки IGBT все исследователи пытались увеличить ток фиксации, чтобы подавить фиксацию паразитного тиристора. Однако все эти усилия потерпели неудачу, поскольку IGBT мог проводить чрезвычайно большой ток. Успешное подавление защелки стало возможным благодаря ограничению максимального тока коллектора, который мог проводить IGBT, ниже тока защелки за счет контроля/уменьшения тока насыщения собственного полевого МОП-транзистора. Это была концепция IGBT без фиксации. «Устройство Бекке» стало возможным благодаря IGBT без защелки.

IGBT характеризуется способностью одновременно выдерживать высокое напряжение и большой ток. Произведение напряжения и плотности тока, с которыми может справиться IGBT, достигло более 5 × 10. 5 Вт/см 2 , [ 22 ] [ 23 ] что намного превышало значение 2 × 10 5 Вт/см 2 , существующих силовых устройств, таких как биполярные транзисторы и силовые МОП-транзисторы. Это является следствием большой безопасной рабочей зоны IGBT. IGBT — самое прочное и мощное силовое устройство из когда-либо созданных, обеспечивающее простоту использования и заменяющее, таким образом, биполярные транзисторы и даже тиристоры с затвором (GTO). Эта превосходная особенность IGBT внезапно проявилась, когда в 1984 году был создан IGBT без фиксации, решивший проблему так называемого «защелкивания», которое является основной причиной разрушения или отказа устройства. До этого разработанные устройства были очень слабыми и их легко было вывести из строя из-за «защелкивания». Следовательно, изобретателем настоящих устройств является Акио Накагава.

Приложения

[ редактировать ]
Основная статья: Список применений МОП-транзисторов § Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
См. также: § Приложения LDMOS , Power MOSFET и RF CMOS § Приложения.

По состоянию на 2010 год IGBT является вторым наиболее широко используемым силовым транзистором после силового MOSFET. На долю IGBT приходится 27% рынка силовых транзисторов, уступая только силовым MOSFET (53%) и опережая ВЧ-усилитель (11%) и транзистор с биполярным переходом (9%). [ 41 ] IGBT широко используется в бытовой электронике , промышленных технологиях , энергетическом секторе , аэрокосмических электронных устройствах и на транспорте .

Преимущества

[ редактировать ]

IGBT сочетает в себе простые характеристики управления затвором мощных МОП-транзисторов с большими токами и низким напряжением насыщения биполярных транзисторов . IGBT сочетает в себе полевой транзистор с изолированным затвором для входа управления и биполярный силовой транзистор в качестве переключателя в одном устройстве. IGBT используется в устройствах средней и высокой мощности, таких как импульсные источники питания , управление тяговыми двигателями и индукционный нагрев . Большие модули IGBT обычно состоят из множества устройств, подключенных параллельно, и могут иметь очень высокие токи, порядка сотен ампер с блокирующим напряжением 6500 В. , Эти IGBT могут управлять нагрузками мощностью в сотни киловатт .

Сравнение с силовыми МОП-транзисторами

[ редактировать ]

IGBT имеет значительно меньшее прямое падение напряжения по сравнению с обычным MOSFET в устройствах с более высоким номинальным напряжением блокировки, хотя MOSFETS демонстрируют гораздо более низкое прямое напряжение при более низких плотностях тока из-за отсутствия диода Vf в выходном BJT IGBT. По мере увеличения номинального напряжения блокировки как MOSFET, так и IGBT устройств, глубина области n-дрейфа должна увеличиваться, а легирование должно уменьшаться, что приводит к примерно квадратичному соотношению уменьшения прямой проводимости и способности устройства блокировать напряжение. При введении неосновных носителей (дырок) из p+-области коллектора в область n-дрейфа во время прямой проводимости сопротивление области n-дрейфа значительно снижается. Однако это результирующее снижение прямого напряжения в открытом состоянии имеет несколько недостатков:

  • Дополнительный PN-переход блокирует обратный ток. Это означает, что, в отличие от MOSFET, IGBT не могут проводить ток в обратном направлении. В мостовых схемах, где необходим обратный ток, дополнительный диод (называемый обратным диодом ) размещается антипараллельно IGBT для проведения тока в противоположном направлении. Наказание не является слишком серьезным, поскольку при более высоких напряжениях, где преобладает использование IGBT, дискретные диоды имеют значительно более высокие характеристики, чем основной диод MOSFET.
  • Номинальное напряжение обратного смещения области N-дрейфа к коллекторному P+-диоду обычно составляет всего лишь десятки вольт, поэтому, если в схемном приложении к IGBT подается обратное напряжение, необходимо использовать дополнительный последовательный диод.
  • Неосновным носителям, введенным в область N-дрейфа, требуется время, чтобы войти и выйти или рекомбинировать при включении и выключении. Это приводит к увеличению времени переключения и, следовательно, к более высоким потерям переключения [ de ] по сравнению с силовым МОП-транзистором.
  • Прямое падение напряжения во включенном состоянии в IGBT ведет себя совсем иначе, чем в силовых МОП-транзисторах. Падение напряжения на МОП-транзисторе можно смоделировать как сопротивление, причем падение напряжения пропорционально току. Напротив, IGBT имеет диодное падение напряжения (обычно порядка 2 В), увеличивающееся только с логарифмом тока . Кроме того, сопротивление МОП-транзистора обычно ниже при меньших напряжениях блокировки, поэтому выбор между IGBT и силовыми МОП-транзисторами будет зависеть как от напряжения блокировки, так и от тока, используемого в конкретном приложении.

В целом, высокое напряжение, большой ток и более низкие частоты благоприятствуют IGBT, тогда как низкое напряжение, средний ток и высокие частоты переключения являются прерогативой MOSFET.

Моделирование

[ редактировать ]

Схемы с IGBT можно разрабатывать и моделировать с помощью различных компьютерных программ моделирования цепей , таких как SPICE , Sabre и других программ. Для моделирования схемы IGBT устройство (и другие устройства в схеме) должно иметь модель, которая прогнозирует или моделирует реакцию устройства на различные напряжения и токи на его электрических клеммах. Для более точного моделирования в моделирование можно включить влияние температуры на различные части IGBT. Доступны два распространенных метода моделирования: физики устройства модель на основе , эквивалентные схемы или макромодели. SPICE моделирует IGBT, используя макромодель, которая объединяет ансамбль компонентов, таких как полевые транзисторы и биполярные транзисторы, в конфигурации Дарлингтона . [ нужна ссылка ] Альтернативной моделью, основанной на физике, является модель Хефнера, предложенная Алленом Хефнером из Национального института стандартов и технологий . Модель Хефнера довольно сложна, но показала хорошие результаты. Модель Хефнера описана в статье 1988 года и позже была расширена до термоэлектрической модели, которая включает реакцию IGBT на внутренний нагрев. Эта модель была добавлена ​​в версию программного обеспечения для моделирования Sabre . [ 42 ]

Механизмы отказа IGBT

[ редактировать ]

Механизмы разрушения IGBT включают в себя перенапряжение (O) и износ (wo) отдельно.

К отказам из-за износа в основном относятся нестабильность температуры смещения (BTI), инжекция горячих носителей тока (HCI), временной пробой диэлектрика (TDDB), электромиграция (ECM), усталость припоя, реконструкция материала, коррозия. Неисправности из-за перенапряжения в основном включают электростатический разряд (ESD), защелкивание, лавинную реакцию, вторичный пробой, отрыв проводной связи и перегорание. [ 43 ]

БТИЗ-модули

[ редактировать ]
  • Модуль IGBT (IGBT и обратные диоды) с номинальным током 1200 А и максимальным напряжением 3300 В.
    Модуль IGBT (IGBT и обратные диоды ) с номинальным током 1200 А и максимальным напряжением 3300 В.
  • Открытый модуль IGBT с четырьмя IGBT (половина H-моста), рассчитанный на 400 А, 600 В.
    Открытый модуль IGBT с четырьмя IGBT (половина H-моста ), рассчитанный на 400 А, 600 В.
  • Модуль Infineon IGBT, рассчитанный на 450 А, 1200 В
    Модуль Infineon IGBT, рассчитанный на 450 А, 1200 В
  • Малый модуль IGBT, номинал до 30 А, до 900 В
    Малый модуль IGBT, номинал до 30 А , до 900 В
  • Деталь внутренней части модуля IGBT Mitsubishi Electric CM600DU-24NFH, рассчитанного на 600 А, 1200 В, с изображением кристаллов IGBT и обратных диодов.
    Деталь внутренней части модуля IGBT Mitsubishi Electric CM600DU-24NFH, рассчитанного на 600 А, 1200 В , с изображением кристаллов IGBT и обратных диодов.

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б https://www.onsemi.com/pub/Collateral/HBD871-D.PDF [ только URL-адрес PDF ]
  2. ^ Перейти обратно: а б GC, Махато; Ниранджан; Абу, Вакуар Аариф (24 апреля 2018 г.). «Анализ разработок IGBT» . Международный журнал инженерных исследований и технологий . 4 (2). doi : 10.17577/IJERTCONV4IS02018 (неактивен 28 августа 2024 г.). ISSN   2278-0181 . {{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на август 2024 г. ( ссылка )
  3. ^ Перейти обратно: а б «Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) | JEDEC» . www.jedec.org . Проверено 20 августа 2024 г.
  4. ^ Перейти обратно: а б «Структура IGBT | О IGBT | TechWeb» . techweb.rohm.com . Проверено 20 августа 2024 г.
  5. ^ Перейти обратно: а б Шао, Линфэн; Ху, Йи; Сюй, Гоцин (2020). «Высокоточный метод оперативного определения температуры перехода IGBT на основе алгоритма пошаговой регрессии» . Доступ IEEE . 8 : 186172–186180. Бибкод : 2020IEEE...8r6172S . дои : 10.1109/ACCESS.2020.3028904 . ISSN   2169-3536 .
  6. ^ Основные руководства по электронике .
  7. ^ Разница между IGBT и тиристором .
  8. ^ Фрош, CJ; Дерик, Л. (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка при диффузии в кремнии» . Журнал Электрохимического общества . 104 (9): 547. дои : 10.1149/1.2428650 .
  9. ^ «1947: Изобретение точечного транзистора» . Музей истории компьютеров . Проверено 10 августа 2016 г.
  10. ^ «1948: Концепция переходного транзистора» . Музей истории компьютеров . Проверено 10 августа 2016 г.
  11. ^ Фрош, CJ; Дерик, Л. (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка при диффузии в кремнии» . Журнал Электрохимического общества . 104 (9): 547. дои : 10.1149/1.2428650 .
  12. ^ КАНГ, Д. (1961). «Поверхностное устройство кремний-диоксид кремния» . Технический меморандум Bell Laboratories : 583–596. дои : 10.1142/9789814503464_0076 . ISBN  978-981-02-0209-5 .
  13. ^ Лоек, Бо (2007). История полупроводниковой техники . Берлин, Гейдельберг: Springer-Verlag Berlin Heidelberg. п. 321. ИСБН  978-3-540-34258-8 .
  14. ^ Перейти обратно: а б Фрош, CJ; Дерик, Л. (1957). «Защита поверхности и селективная маскировка при диффузии в кремнии» . Журнал Электрохимического общества . 104 (9): 547. дои : 10.1149/1.2428650 .
  15. ^ Маджумдар, Гураб; Таката, Икунори (2018). Силовые устройства для эффективного преобразования энергии . ЦРК Пресс . стр. 144, 284, 318. ISBN.  9781351262316 .
  16. ^ Перейти обратно: а б с Шарф, Б.; Пламмер, Дж. (1978). «Симисторное устройство с МОП-управлением». 1978 Международная конференция IEEE по твердотельным схемам. Сборник технических статей . стр. 222–223. дои : 10.1109/ISSCC.1978.1155837 . S2CID   11665546 .
  17. ^ Перейти обратно: а б с USRE33209E , Пламмер, Джеймс Д., «Монолитное полупроводниковое переключающее устройство», выпущено 1 мая 1990 г.  
  18. ^ Перейти обратно: а б Патент США № 4,364,073 , Силовой МОП-транзистор с анодной областью, выдан 14 декабря 1982 г. Хансу В. Беке и Карлу Ф. Уитли.
  19. ^ «К. Фрэнк Уитли-младший, BSEE» . Зал славы инноваций в Инженерной школе А. Джеймса Кларка .
  20. ^ Перейти обратно: а б с Накагава, А.; Охаси, Х.; Курата, М.; Ямагучи, Х.; Ватанабэ, К. (1984). «Биполярный МОП-транзистор, 1200 В, 75 А, без фиксации с большим ASO». 1984 Международная встреча по электронным устройствам . стр. 860–861. дои : 10.1109/IEDM.1984.190866 . S2CID   12136665 .
  21. ^ А. Накагава, Х. Охаси, Ю. Ямагути, К. Ватанабэ и Т. Тукакоши, «МОП-транзистор с модулированной проводимостью», патент США № 6025622 (15 февраля 2000 г.) , № 5086323 (4 февраля 1992 г.) и № 4672407 (9 июня, г. 1987) .
  22. ^ Перейти обратно: а б с д Накагава, А.; Ямагучи, Ю.; Ватанабэ, К.; Охаси, Х. (1987). «Безопасная рабочая зона для МОП-транзисторов биполярного режима без защелки на 1200 В». Транзакции IEEE на электронных устройствах . 34 (2): 351–355. Бибкод : 1987ITED...34..351N . дои : 10.1109/T-ED.1987.22929 . S2CID   25472355 .
  23. ^ Перейти обратно: а б с д Накагава, А.; Ямагучи, Ю.; Ватанабэ, К.; Охаси, Х.; Курата, М. (1985). «Экспериментальное и численное исследование характеристик МОП-транзистора в биполярном режиме без фиксации». 1985 Международная встреча по электронным устройствам . стр. 150–153. дои : 10.1109/IEDM.1985.190916 . S2CID   24346402 .
  24. ^ Перейти обратно: а б Балига, Б.Дж.; Адлер, М.С.; Серый, ПВ; С любовью, РП; Зоммер, Н. (1982). «Выпрямитель с изолированным затвором (IGR): новое устройство переключения мощности». 1982 Международная встреча по электронным устройствам . стр. 264–267. дои : 10.1109/IEDM.1982.190269 . S2CID   40672805 .
  25. ^ Шенаи, К. (2015). «Изобретение и демонстрация IGBT [Взгляд назад]». Журнал IEEE Power Electronics . 2 (2): 12–16. дои : 10.1109/MPEL.2015.2421751 . ISSN   2329-9207 . S2CID   37855728 .
  26. ^ Балига, Б. Джаянт (2015). Устройство IGBT: физика, конструкция и применение биполярного транзистора с изолированным затвором . Уильям Эндрю . стр. xxviii, 5–12. ISBN  9781455731534 .
  27. ^ «Призывник NIHF Бантвал Джаянт Балига изобрел технологию IGBT» . Национальный зал славы изобретателей . Проверено 17 августа 2019 г.
  28. ^ Рассел, JP; Гудман, AM; Гудман, Луизиана; Нилсон, Дж. М. (1983). «COMFET — новое МОП-устройство с высокой проводимостью». Письма об электронных устройствах IEEE . 4 (3): 63–65. Бибкод : 1983IEDL....4...63R . дои : 10.1109/EDL.1983.25649 . S2CID   37850113 .
  29. ^ Балига, Би Джей (1983). «Быстропереключающиеся транзисторы с изолированным затвором». Письма об электронных устройствах IEEE . 4 (12): 452–454. Бибкод : 1983IEDL....4..452B . дои : 10.1109/EDL.1983.25799 . S2CID   40454892 .
  30. ^ Гудман, AM; Рассел, JP; Гудман, Луизиана; Нуэсе, CJ; Нилсон, Дж. М. (1983). «Улучшенные COMFET с высокой скоростью переключения и большой силой тока». 1983 Международная встреча по электронным устройствам . стр. 79–82. дои : 10.1109/IEDM.1983.190445 . S2CID   2210870 .
  31. ^ Балига, Б. Джаянт (1985). «Температурное поведение характеристик транзистора с изолированным затвором». Твердотельная электроника . 28 (3): 289–297. Бибкод : 1985SSEle..28..289B . дои : 10.1016/0038-1101(85)90009-7 .
  32. ^ Премия «Продукт года»: «Транзистор с изолированным затвором», General Electric Company, Electronics Products, 1983.
  33. ^ Марвин В. Смит, «Применение транзисторов с изолированными затворами» , PCI, апрель 1984 г., стр. 121–131, 1984.
  34. ^ А. Накагава, Х. Охаси, Ю. Ямагути, К. Ватанабэ и Т. Тукакоши, «МОП-транзистор с модулированной проводимостью», патент США № 6025622 (15 февраля 2000 г.) , № 5086323 (4 февраля 1992 г.) и № 4672407 (9 июня, г. 1987) .
  35. ^ «Ионный гель как изолятор затвора в полевых транзисторах» . Архивировано из оригинала 14 ноября 2011 г.
  36. ^ Перейти обратно: а б US4364073A , Бекке, Ханс В. и младший, Карл Ф. Уитли, «Силовой МОП-транзистор с анодной областью», выпущено 14 декабря 1982 г.  
  37. ^ «К. Фрэнк Уитли-младший, BSEE» . Зал славы инноваций в Инженерной школе А. Джеймса Кларка .
  38. ^ Марвин В. Смит, «Применение транзисторов с изолированными затворами» , PCI, апрель 1984 г., стр. 121–131, 1984.
  39. ^ Би Джей Балига и М. Смит [1] , EDN, СЕНТЯБРЬ 1983 г.
  40. ^ А. Накагава, Х. Охаси, Ю. Ямагути, К. Ватанабэ и Т. Тукакоши, «МОП-транзистор с модулированной проводимостью», патент США № 6025622 (15 февраля 2000 г.) , № 5086323 (4 февраля 1992 г.) и № 4672407 (9 июня, г. 1987) .
  41. ^ «Рынок силовых транзисторов в 2011 году превысит 13,0 миллиардов долларов» . IC-инсайты . 21 июня 2011 года . Проверено 15 октября 2019 г.
  42. ^ Хефнер, Арканзас; Диболт, DM (сентябрь 1994 г.). «Экспериментально проверенная модель IGBT, реализованная в симуляторе схем Sabre». Транзакции IEEE по силовой электронике . 9 (5): 532–542. Бибкод : 1994ITPE....9..532H . дои : 10.1109/63.321038 . S2CID   53487037 .
  43. ^ Патил, Н.; Селая, Дж.; Дас, Д.; Гебель, К.; Пехт, М. (июнь 2009 г.). «Идентификация параметров предшественника для прогнозирования биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT)». Транзакции IEEE о надежности . 58 (2): 271–276. дои : 10.1109/TR.2009.2020134 . S2CID   206772637 .

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с IGBT .
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Insulated-gate_bipolar_transistor&oldid=1244659682"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 2aad18e599f9d25d370289418ae0812b__1725784740
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/2a/2b/2aad18e599f9d25d370289418ae0812b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Insulated-gate bipolar transistor - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)