[VIP第1年] 指数:3
不论漏极-源极电压VDS之间加多大或什么极性的电压，总有一个pn结处于反偏状态，漏、源极间没有导电沟道，器件无法导通。但如果VGS正向足够大，此时栅极G和衬底p之间的绝缘层中会产生一个电场，方向从栅极指向衬底，电子在该电场的作用下聚集在栅氧下表面，形成一个N型薄层(一般为几个nm)，连通左右两个N+区，形成导通沟道，如图中黄域所示。当VDS＞0V时，N-MOSFET管导通，器件工作。了解完以PNP为例的BJT结构和以N-MOSFET为例的MOSFET结构之后，我们再来看IGBT的结构图↓IGBT内部结构及符号黄块表示IGBT导通时形成的沟道。首先看黄色虚线部分，细看之下是不是有一丝熟悉之感？这部分结构和工作原理实质上和上述的N-MOSFET是一样的。当VGE>0V，VCE>0V时，IGBT表面同样会形成沟道，电子从n区出发、流经沟道区、注入n漂移区，n漂移区就类似于N-MOSFET的漏极。蓝色虚线部分同理于BJT结构，流入n漂移区的电子为PNP晶体管的n区持续提供电子，这就保证了PNP晶体管的基极电流。我们给它外加正向偏压VCE，使PNP正向导通，IGBT器件正常工作。这就是定义中为什么说IGBT是由BJT和MOSFET组成的器件的原因。此外，图中我还标了一个红色部分。
分两种情况：②若栅-射极电压UGE＜Uth，沟道不能形成，IGBT呈正向阻断状态。②若栅-射极电压UGE＞Uth，栅极沟道形成，IGBT呈导通状态（正常工作）。此时，空穴从P+区注入到N基区进行电导调制，减少N基区电阻RN的值，使IGBT通态压降降低。IGBT各世代的技术差异回顾功率器件过去几十年的发展，1950-60年代双极型器件SCR,GTR,GTO，该时段的产品通态电阻很小；电流控制，控制电路复杂且功耗大；1970年代单极型器件VD-MOSFET。但随着终端应用的需求，需要一种新功率器件能同时满足：驱动电路简单,以降低成本与开关功耗、通态压降较低，以减小器件自身的功耗。1980年代初,试图把MOS与BJT技术集成起来的研究，导致了IGBT的发明。1985年前后美国GE成功试制工业样品（可惜后来放弃）。自此以后，IGBT主要经历了6代技术及工艺改进。从结构上讲，IGBT主要有三个发展方向：1）IGBT纵向结构：非透明集电区NPT型、带缓冲层的PT型、透明集电区NPT型和FS电场截止型；2）IGBT栅极结构：平面栅机构、Trench沟槽型结构；3）硅片加工工艺：外延生长技术、区熔硅单晶；其发展趋势是：①降低损耗②降低生产成本总功耗＝通态损耗(与饱和电压VCEsat有关)+开关损耗(EoffEon)。
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