แนวคิดการออกแบบทรานซิสเตอร์สองขั้วเกตแบบหุ้มฉนวน

แนวคิดการออกแบบของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เกทแบบหุ้มฉนวน (IGBT) มุ่งเน้นไปที่การบูรณาการข้อดีของกำลัง MOSFET และทรานซิสเตอร์แบบแยกขั้วแบบไบโพลาร์ (BJT/GTR) เพื่อเอาชนะข้อจำกัดของอุปกรณ์ตัวเดียวในการใช้งานกระแสไฟฟ้าสูง-และกระแสสูง-

 

แนวคิดการออกแบบหลัก

โครงสร้างคอมโพสิต การเสริมจุดแข็งและจุดอ่อน
IGBT ผสมผสานอิมพีแดนซ์อินพุตสูง การทำงานที่ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้า- และคุณลักษณะการสลับที่รวดเร็วของ MOSFET เข้ากับแรงดันตกของการนำไฟฟ้าต่ำและคุณลักษณะความหนาแน่นกระแสสูงของ BJT ทำให้เกิดอุปกรณ์ไฮบริดของ "การควบคุมแรงดันไฟฟ้า + การนำไฟฟ้าแบบไบโพลาร์"

 

การใช้การปรับสภาพการนำไฟฟ้าเพื่อลดการสูญเสียการนำไฟฟ้า
ด้วยการฉีดพาหะส่วนน้อย (รู) ลงในบริเวณดริฟท์ N⁻ ผลการปรับค่าการนำไฟฟ้าจะลด-ความต้านทานในสถานะลงอย่างมาก ทำให้ IGBT สามารถรักษาแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวต่ำ (Vce(sat)) แม้ที่แรงดันไฟฟ้าสูง ซึ่งเหนือกว่า MOSFET ที่มีพิกัดแรงดันไฟฟ้าเท่ากันมาก

 

โครงสร้างเลเยอร์แนวตั้งสี่- (P⁺/N⁻/P/N⁺) ปรับแรงดันไฟฟ้าให้เหมาะสมและความสามารถในปัจจุบัน
ด้วยการใช้โครงสร้างการนำไฟฟ้าในแนวตั้ง บริเวณดริฟท์ N⁻ ที่เจือด้วยความหนาและเจือเล็กน้อย จะมีการปิดกั้นไฟฟ้าแรงสูง ในขณะที่ตัวสะสม P⁺ ฉีดรูได้อย่างมีประสิทธิภาพ สร้างสมดุลในการทนต่อแรงดันไฟฟ้าสูงและความสามารถในการจ่ายกระแสไฟขนาดใหญ่

 

การควบคุมฉนวนประตู MOS ช่วยให้วงจรการขับขี่ง่ายขึ้น
เกตควบคุมการสร้างช่องสัญญาณผ่านชั้นฉนวน SiO₂ และสามารถขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าของเกตเพียงอย่างเดียว จึงต้องใช้กำลังขับเพียงเล็กน้อย และลดความจำเป็นในการใช้กระแสเบสต่อเนื่องเช่น BJT

 

รองรับความถี่การสลับสูงและความหนาแน่นพลังงานสูง
เมื่อเปรียบเทียบกับไทริสเตอร์หรือ GTO แล้ว IGBT มีความเร็วในการสวิตชิ่งที่เร็วกว่า (สูงถึงช่วงร้อย kHz) และด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี (เช่น โครงสร้างหยุด-ร่องลึกและสนาม-ไมโคร-รุ่นไมโครรุ่นที่เจ็ด) ความหนาแน่นของพลังงานยังคงเพิ่มขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับสถานการณ์-ความถี่สูง -ประสิทธิภาพสูง เช่น ยานพาหนะพลังงานใหม่ อินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ และไดรฟ์ความถี่ตัวแปรทางอุตสาหกรรม