在電力電子設(shè)計中，開發(fā)人員不斷尋找傳統(tǒng)功率MOSFET的替代品。其中，碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN) FET等新材料和新技術(shù)為功率晶體管的可能性注入了新的活力。

除了這些新材料外，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)這一較老的技術(shù)在電力電子領(lǐng)域仍占有重要地位。本周，Nexperia首次進入IGBT市場，推出了一系列新的600 V設(shè)備。本文將介紹IGBT、trench-gate設(shè)備和Nexperia的新產(chǎn)品系列。

什么是IGBT?

IGBT是一種廣泛應(yīng)用于電力電子領(lǐng)域的器件。作為兩種晶體管類型(BJT和MOSFET)的混合體，IGBT將MOSFET的高輸入阻抗和高速開關(guān)與BJT的低飽和電壓結(jié)合起來，創(chuàng)造出了更好的晶體管。

在電路設(shè)計層面，IGBT由四層P型和N型半導(dǎo)體材料交替組成。柵極終端通過一層薄薄的二氧化硅與器件的其余部分絕緣，因此得名“絕緣柵極”。施加在柵極上的電壓可調(diào)制器件的電導(dǎo)率，使其能夠用小的輸入信號控制大量的功率。這使得IGBT對于需要高功率處理和精確控制的應(yīng)用非常有用。

基于許多原因，IGBT在電力電子領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。首先，該器件的絕緣柵極可以有效地控制高功率水平，這在許多工業(yè)應(yīng)用中至關(guān)重要，如電機驅(qū)動、電源和可再生能源系統(tǒng)。除此之外，快速開關(guān)能力使其適用于需要快速變化功率水平的應(yīng)用，例如電動汽車和高頻逆變器。

TGFS(Trench Gate Field-stop)結(jié)構(gòu)

在IGBT領(lǐng)域，為器件提供另一種性能水平的體系結(jié)構(gòu)是溝槽柵場阻(TGFS)體系結(jié)構(gòu)。

TGFS的結(jié)構(gòu)包括在器件的硅上蝕刻溝槽，并用柵極材料填充溝槽，通常是多晶硅。溝槽柵極結(jié)構(gòu)取代了傳統(tǒng)IGBT中的平面柵極結(jié)構(gòu)，增加了溝道密度，從而降低了導(dǎo)通電壓降，提高了器件的導(dǎo)通特性。

TGFS的“Field-stop”指的是靠近收集器的另一個N層。這個N層使得附近N漂移層中的電場在到達P+集電極時突然下降。

與傳統(tǒng)的平面IGBT相比，TGFS IGBT中溝槽柵和場阻技術(shù)的結(jié)合為器件提供了卓越的性能。它們表現(xiàn)出更低的傳導(dǎo)和開關(guān)損耗，從而在保持高擊穿電壓的同時提高整體效率。

Nexperia首次進入IGBT

本周，Nexperia首次進入IGBT市場，推出了一系列新的IGBT設(shè)備。

新器件是600 V解決方案，范圍在中速(M3)和高速(H3)交換能力之間。值得注意的是，該系列器件采用載流子存儲、溝槽柵、場阻結(jié)構(gòu)，具有低傳導(dǎo)損耗和強大的性能。據(jù)Nexperia介紹，M3線具有低傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗的特點，適用于要求開關(guān)速度低于20 kHz的應(yīng)用；而H3線可以高效實現(xiàn)高達50 kHz的應(yīng)用。

該系列中新器件的一個例子是NGW30T60M3DF，一個30 A, 600 V的IGBT。該器件的最高結(jié)溫可達175℃，短路耐受時間為5μs，專為工業(yè)設(shè)備的電機驅(qū)動等應(yīng)用而設(shè)計。